JP2011219289A - 二酸化炭素排出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプライン内の液体二酸化炭素の一部を系統外に確実に放出する二酸化炭素排出装置を提供する。
【解決手段】液体二酸化炭素を輸送するパイプライン１に接続する導入管１０と、導入管１０を開閉する開閉弁１４と、導入管１０に連結し、液体二酸化炭素を固体と気体の二酸化炭素が混合してなる固気混合二酸化炭素に変化させる拡径管１６と、拡径管１６が接続された円筒状の容器部１８ａを有し、拡径管１６から固気混合二酸化炭素を噴出させてサイクロン状の気流を発生させ固気混合二酸化炭素を固体と気体とに遠心分離するサイクロン分離装置１８と、サイクロン分離装置１８内の固体二酸化炭素を回収する回収装置３２と、サイクロン分離装置１８から排出された気体二酸化炭素を外部に搬送するとともに、サイクロン分離装置１８で発生した騒音を吸収する吸音装置２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体二酸化炭素を、固体の二酸化炭素と気体の二酸化炭素とに分離して、気体の二酸化炭素を排出する二酸化炭素排出装置に関する。

従来より、二酸化炭素は温室効果ガスの一つであり、大気中の二酸化炭素濃度の上昇が地球温暖化の原因であるといわれている。二酸化炭素の発生源は、人間の呼吸や、物体の燃焼等さまざまであるが、その中でも人為的な発生源の割合が高く、電力生産と工業活動からの排出が全体の２／３を占めているのが現状である。このような大規模固定発生源、例えば、発電所や製鉄所等から排出される二酸化炭素量を削減するためには、二酸化炭素発生源から排出される二酸化炭素の分離、回収を行い、回収した二酸化炭素を地中深く、もしくは、海洋の深くに貯留・隔離する必要がある。ここで、二酸化炭素の発生源と二酸化炭素の貯留・隔離に適した地点が離れている場合には、回収した二酸化炭素をパイプラインで運ぶか、もしくは、いったん液化して、それを船舶で輸送することになる。

二酸化炭素のパイプライン輸送については、特に米国において輸送実績が多く、年間５０００万ｔ程度であり、パイプライン総延長は２５００ｋｍにも及ぶ。また、パイプラインの輸送圧力は１０ＭＰａ以上の条件で二酸化炭素輸送を実施している。二酸化炭素のパイプライン輸送に関する技術としては、特許文献１に記載されたものがある。

また、従来における二酸化炭素を固体と気体とに分離する技術としては、特許文献２に記載されたものがある。特許文献２には、排ガス中の炭酸ガスをドライアイス化し、サイクロンを用いて排ガスからドライアイスを分離する方法が開示されている。

特表２０００−５１４５３６号公報 特開２０００−３１７３０２号公報

ところで、二酸化炭素のパイプライン輸送において、輸送圧力が臨界圧力（７．３８ＭＰａ）以下であると、図３に示すように、気体と液体の二相流となって安定が損なわれる。また、液体にするために再昇圧が必要となる場合には設備が複雑になるので、二酸化炭素の輸送圧力は米国と同様な条件であることが望ましい。

しかしながら、日本において二酸化炭素のパイプライン輸送を行う場合には、二酸化炭素の貯留・隔離に適した場所が限られている。また、国土が狭いために、パイプラインを、例えば、河川を横切るようにしたり、民家の近くを通るように敷設せざる得ない場合も生ずる。この場合、安全対策、騒音対策等を含めたパイプラン敷設を行う必要がある。また、二酸化炭素を船舶で輸送する場合においても二酸化炭素の荷役に伴い、安全対策、騒音対策等を行う必要がある。

また、二酸化炭素のパイプライン輸送においては、輸送効率向上のため液体の状態で扱われることとなる。ここで、二酸化炭素を液体状態とするためには、図３に示すように、輸送圧力を０．５１８ＭＰａ以上の高圧状態にする必要がある。しかし、設備に何らかのトラブルが起きた場合、１０ＭＰａ程度の圧力を系統外へ安全に放出する必要がある。具体的には、パイプランの内部の液体二酸化炭素の一部を外部に放出することになる。ここで、パイプランの内部の液体二酸化炭素の一部を外部に放出する場合には、次の問題点が考えられる。
（ａ）液体二酸化炭素は、減圧することによる気化熱で温度が下がって凝結し、ドライアイス（固体）の状態となる。最悪の場合、パイプラインから系統外に放出するまでの配管がドライアイスによって閉塞し、圧力を逃がすことができなくなるおそれがある。
（ｂ）液体二酸化炭素から気体二酸化炭素への体積膨張に伴って騒音が発生するため、騒音対策が必要となる。
（ｃ）−５５℃以下の極低温の固体二酸化炭素、すなわちドライアイスを処理するための安全対策が必要となる。

本発明は、このような問題点を解決した二酸化炭素排出装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、次に記載する構成を備えている。

（１） 液体二酸化炭素を輸送するパイプラインに接続し、当該パイプライン中の液体二酸化炭素の一部を排出して前記パイプラインの輸送圧力を減圧させる二酸化炭素排出装置において、前記パイプラインに接続する導入管と、当該導入管を開閉する開閉手段と、前記導入管に連結しかつ前記液体二酸化炭素の移動方向に沿って径が大きくなり、前記液体二酸化炭素を固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とからなる固気混合二酸化炭素に変化させる拡径管と、前記拡径管が接続された円筒状の容器部を有し、前記容器部の内周面に沿って前記拡径管から前記固気混合二酸化炭素を噴出させて前記容器部の内周面を周回するサイクロン状の気流を発生させ、前記固気混合二酸化炭素を固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とに遠心分離するサイクロン分離手段と、前記サイクロン分離手段に接続し、前記サイクロン分離手段内において落下する固体二酸化炭素を回収する回収手段と、前記サイクロン分離手段に接続し、前記サイクロン分離手段から排出された前記サイクロン分離手段内の気体二酸化炭素を外部に搬送するとともに、前記サイクロン分離手段で発生した騒音を吸収する吸音手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素排出装置。

（１）によれば、パイプラインからの液体二酸化炭素を、固体二酸化炭素（ドライアイス）と気体二酸化炭素とからなる固気混合二酸化炭素に変化させ、遠心分離により、固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とを分離して、固体二酸化炭素は回収手段に回収し、気体二酸化炭素は外部に放出する。これにより、パイプラインから液体二酸化炭素を排出する系統において、固体二酸化炭素（ドライアイス）によって配管が詰まるといった事態を防止することができる。また、液体から気体への体積膨張に伴って発生する騒音を吸音手段が吸収することにより、騒音を抑えることが可能になる。また、固体二酸化炭素（ドライアイス）は回収手段にまとめて収納されるため、固体二酸化炭素（ドライアイス）に直接手を触れることなく、まとめて処理することができるようになり、安全性を確保することができる。

（２） （１）において、前記サイクロン分離手段は、前記容器部の内部に、前記容器部に対して略同心に設けられた円筒部を有し、前記吸音手段は、前記円筒部に接続され、低周波騒音を低減するインナーバッフル部と、当該インナーバッフル部に接続され、高周波騒音を吸音するサイレンサ部とを有し、前記インナーバッフル部は、前記円筒部より小径の円筒体を有し、前記サイレンサ部は、前記インナーバッフル部に接続され、かつ側面に複数の小孔が形成された管状部材と、当該管状部材を中央に配置する筒状部材と、当該筒状部材内における前記管状部材の周囲に充填される吸音材とを備えたことを特徴とする二酸化炭素排出装置。

（２）によれば、拡径管やサイクロン分離手段において発生した騒音において、低周波の騒音は、インナーバッフル部によって低減され、高周波の騒音は、サイレンサ部によって吸収される。これにより、騒音を確実に抑えることが可能になる。

（３） （１）又は（２）において、前記容器部は、下方に向かって縮径して、前記回収手段に接続していることを特徴とする二酸化炭素排出装置。

（３）によれば、遠心分離された固体二酸化炭素を回収手段に案内することができる。また、縮径している部分において、気体二酸化炭素が上方に移動しようとする気流が発生するようになり、円筒部に気体二酸化炭素を導くことが可能になる。

（４） （１）〜（３）において、前記導入管における前記開閉手段の上流側に、前記開閉手段が開放された場合に前記導入管を加温する加温手段を設けたことを特徴とする二酸化炭素排出装置。

（４）によれば、加温手段が導入管を温めることにより、導入管内の液体二酸化炭素が、開閉手段に到達する前に凝結し、導入管が詰まるといった事態を防止することが可能になる。

本発明によれば、パイプラインから液体二酸化炭素を排出する系統において、固体二酸化炭素（ドライアイス）によって配管が詰まるといった事態を防止することができる。また、液体から気体への体積膨張に伴って発生する騒音を抑えることが可能になる。また、サイクロン分離手段内の固体二酸化炭素（ドライアイス）を回収してまとめて処理することができるため、安全性を確保することができる。

本発明の一実施形態における二酸化炭素排出装置１００の構成を示す、一部断面を含む斜視図である。 本実施形態の二酸化炭素排出装置１００を用いたパイプライン１の管理システムを示すブロック図である。 二酸化炭素の状態図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態における二酸化炭素排出装置の構成を示す、一部断面を含む斜視図である。

二酸化炭素排出装置１００は、導入管１０、加温装置１２、開閉弁１４、拡径管１６、サイクロン分離装置１８、吸音装置２０、排気管３０及び回収装置３２を備えている。

導入管１０は、液体二酸化炭素を輸送するパイプライン１に接続し、パイプライン１中の液体二酸化炭素の一部を分岐させるものである。

開閉弁１４は、導入管１０に設置され、導入管１０を開閉するものである。また、導入管１０における開閉弁１４に対して液体二酸化炭素の移動方向上流側（パイプライン１側）には、加温装置１２が設けられている。加温装置１２としては、スチーム管に蒸気を通すことによって加温するスチームトレース装置が適用可能である。

拡径管１６は、導入管１０とサイクロン分離装置１８との間を接続するものである。拡径管１６は、液体二酸化炭素の移動方向、すなわち導入管１０側からサイクロン分離装置１８側に向かって拡径している管であり、開閉弁１４に対して液体二酸化炭素の移動方向下流側に設けられている。ここで、導入管１０から送られた液体二酸化炭素は、拡径管１６において減圧されることによって気体二酸化炭素と固体二酸化炭素（所謂、ドライアイス）とが入り交じった固気混合二酸化炭素に変化しながら、サイクロン分離装置１８に移動することになる。

サイクロン分離装置１８は、円筒状の容器部１８ａ、容器部１８ａの下部に形成され、下方に向かって縮径している縮径部１８ｂ、及び容器部１８ａの内部に、円筒状の容器部１８ａと同心に配置された円筒部１８ｃを備えている。容器部１８ａには、拡径管１６が接続され、かつ拡径管１６を介して固気混合二酸化炭素が放出される放出口１８ｄが形成されている。ここで拡径管１６は、拡径管１６の軸方向が容器部１８ａの中心軸に対してずれた方向を向くように配置されている。特に、本実施形態においては、容器部１８ａにおける放出口１８ｄの形成部位の接線方向に、拡径管１６の軸が向けられている。また、放出口１８ｄは、容器部１８ａの内部側面における上部に形成されている。このため、放出口１８ｄから固気混合二酸化炭素が容器部１８ａの内周面に沿った方向に噴出される。

容器部１８ａの上部は有底であり、中央部には円筒部１８ｃの一端部が接続されている。また、円筒部１８ｃ下方に向かって延在しており、円筒部１８ｃの他端は、容器部１８ａと縮径部１８ｂとの境界付近に位置している。また、円筒部１８ｃの両端は開口になっており、サイクロン分離装置１８内の気体（例えば、二酸化炭素）は円筒部１８ｃを介してサイクロン分離装置１８の外部に移動可能である。

縮径部１８ｂの下端部には、回収装置３２が接続されている。サイクロン分離装置１８内の固体二酸化炭素は縮径部１８ｂを介して回収装置３２に移動する。回収装置３２内には、ベルトコンベア（図示せず）が配備されており、ドライアイスはベルトコンベア（図示せず）上に落下して、所定の回収場所に搬送される。

吸音装置２０は、インナーバッフル部に相当するインナーバッフル２２と、サイレンサ部に相当するサイレンサ２４によって構成されている。インナーバッフル２２は、円筒部１８ｃに接続する蓋部２２ａと、この蓋部２２ａの中央に立設され、円筒部１８ｃよりも小径の円筒部２２ｂとによって構成されている。サイクロン分離装置１８において発生する騒音において、低周波の騒音は、インナーバッフル２２によって低減される。

サイレンサ２４は、円筒缶２４ａ内部の中央に、パンチングによって形成された複数の小孔を有する多孔管２６を設置し、この多孔管２６の外周に、吸音材に相当するグラスウール２８を充填したものである。円筒缶２４ａにおける多孔管２６の両端に対向する部位は開口になっており、多孔管２６の一端部はインナーバッフル２２に接続され、他端部にはＬ字型の排気管３０が接続されている。

図２は、本実施形態の二酸化炭素排出装置１００を用いたパイプライン１の管理システムを示すブロック図である。パイプライン１には、予め設定された複数の地点に、パイプライン１内の圧力を計測する圧力計１２０が設置されている。さらに、圧力計１２０に対応して二酸化炭素排出装置１００が設置されている。二酸化炭素排出装置１００には、加温装置１２の駆動制御を行う制御装置１１０が設けられている。

各圧力計１２０の検出データは、管理室２００の情報処理装置２００ａに送信される。そして、管理室２００において情報処理装置２００ａがデータ解析を行って、解析結果を表示装置２００ｂに表示させる。管理室２００の作業員は、表示装置２００ｂを見ることによってパイプライン１に異常が発生したか否かを監視する。パイプライン１に異常が発生した場合には、異常を検知した圧力計１２０に対応する二酸化炭素排出装置１００が設置されている場所に作業員が赴き、作業員が開閉弁１４を開放させる。また、制御装置１１０は、開閉弁１４が開放されたことを検知した場合に、加温装置１２の駆動を開始し、導入管１０を温める。ここで、導入管１０が−５６．６℃以上になるように加温することにより、図３に示すように固体になりにくくなることから、ドライアイス化することが可能になる。これにより、開閉弁１４付近において、圧力減によって液体二酸化炭素がドライアイス化して、導入管１０にドライアイスが付着することが防止され、導入管１０がドライアイスによって塞がれることが防止可能になる。

なお、前述した例においては、作業員が開閉弁１４を開放させているが、それに限らず、制御装置１１０の制御によって、開閉弁１４を自動的に開閉させるようにしてもよい。すなわち、管理室２００の作業員の操作によって情報処理装置２００ａから、開閉弁１４を開放させるコマンドを制御装置１１０に送信する。制御装置１１０は、開閉弁１４を開放させるコマンドを受信した場合に、開閉弁１４を開閉させる駆動装置（図示せず）を駆動させて、開閉弁１４を開放させるとともに、加温装置１２の駆動を開始する。このように自動化することによって、早急にパイプライン１内の圧力を下げることが可能になる。

次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、開閉弁１４を開放すると、パイプライン１の液体二酸化炭素の一部が導入管１０を介して拡径管１６に搬送される。拡径管１６において液体二酸化炭素は、固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とが混合した固気混合二酸化炭素となり、この固気混合二酸化炭素が放出口１８ｄからサイクロン分離装置１８内に噴射される。サイクロン分離装置１８に噴射された固気混合二酸化炭素は、容器部１８ａの内周と円筒部１８ｃの外周との間においてサイクロン状に周回する。このとき、固気混合二酸化炭素に含まれる固体二酸化炭素は、固気混合二酸化炭素の周回の際に遠心分離され、容器部１８ａの内面に沿って螺旋状に落下する。そして、固体二酸化炭素は、縮径部１８ｂを介して回収装置３２に回収される。これにより、固体二酸化炭素（ドライアイス）をまとめて処理することが可能になる。

また、気体二酸化炭素は、縮径部１８ｂにおいて上方に移動するようになり、円筒部１８ｃ、インナーバッフル２２、サイレンサ２４及び排気管３０を介して、大気中に放出される。また、拡径管１６及びサイクロン分離装置１８において、液体二酸化炭素が気体二酸化炭素となる際の体積膨張に伴って騒音が発生する。サイクロン分離装置１８において発生する騒音の中で低周波の騒音はインナーバッフル２２によって低減される。インナーバッフル２２を通過した騒音は、多孔管２６を通って高周波に変換され、グラスウール２８によって音圧が減衰する。これにより、サイクロン分離装置１８において発生する騒音は、吸音装置２０によって低減される。

以上、説明したように本実施形態によれば、パイプライン１からの液体二酸化炭素を、固体二酸化炭素（ドライアイス）と気体二酸化炭素とからなる固気混合二酸化炭素に変化させ、サイクロン分離装置１８による遠心分離により、固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とを分離して、固体二酸化炭素は回収装置３２に回収し、気体二酸化炭素は外部に放出する。これにより、パイプライン１から液体二酸化炭素を排出する系統において、固体二酸化炭素（ドライアイス）によって配管が詰まるといった事態を防止することができる。また、液体から気体への体積膨張に伴って発生する騒音を吸音装置２０が吸収することにより、騒音を抑えることが可能になる。また、固体二酸化炭素（ドライアイス）は回収装置３２にまとめて回収されるため、直接手を触れることなく、まとめて処理することができるため、安全性を確保することができる。

また、本実施形態によれば、拡径管１６やサイクロン分離装置１８において発生した騒音において、低周波の騒音は、インナーバッフル２２によって低減され、高周波の騒音は、サイレンサ２４によって吸音される。これにより、騒音を確実に抑えることが可能になる。

また、本実施形態によれば、遠心分離されて容器部１８ａの内周面側に移動した固体二酸化炭素を、縮径部１８ｂを介して回収装置３２に案内することができる。また、縮径している部分において、気体二酸化炭素が上方に移動しようとする気流が発生するようになり、円筒部１８ｃに気体二酸化炭素を導くことが可能になる。

また、本実施形態によれば、加温装置１２が導入管１０を温めることにより、導入管１０内の液体二酸化炭素が、開閉弁１４に到達する前に凝結し、導入管１０が詰まるといった事態を防止することが可能になる。

なお、本発明の実施形態は、上述したものに限るものではない。例えば、サイレンサ２４における円筒缶２４ａの外周面に、例えば、毛布や綿のようなウール材からなる吸音材を貼着して、騒音を低減させるようにしてもよい。また、サイクロン分離装置１８の外周面に、毛布や綿のようなウール材からなる吸音材を貼着して、サイクロン分離装置１８本体にもサイレンサとしての機能を持たせてもよい。

また、放出口１８ｄからの固気混合二酸化炭素の噴出方向は、若干斜め下方に向けてもよい。これにより、固気混合二酸化炭素は渦巻き状の気流となり、固体二酸化炭素が分離されながら移動することになる。その結果、縮径部１８ｂ付近の気流には、固体二酸化炭素がほとんど含まれないようにすることができる。これにより、円筒部１８ｃの内部やインナーバッフル２２にドライアイスが付着するようなことを防止することができる。

また、本実施形態によれば、開閉弁１４が１つだけであるが、複数の開閉弁１４を導入管１０に設けてもよい。例えば、拡径管１６の近傍に開閉弁１４を設け、さらにパイプライン１の近傍に開閉弁１４を設け、開閉弁１４を開放する際には、拡径管１６近傍の開閉弁１４、パイプライン１近傍の開閉弁１４の順で開放し、開閉弁１４を閉鎖する際には、まず、パイプライン１近傍の開閉弁１４を閉じ、導入管１０内の液化二酸化炭素を全て気体にして外部に放出した後に拡径管１６近傍の開閉弁１４を閉じるようにする。これにより、通常時において、導入管１０内を空にしておくことが可能になり、開閉弁１４を開放した場合に、固体二酸化炭素によって導入管１０を詰まらせることを防止することが可能になる。

１ パイプライン
１０ 導入管
１２ 加温装置
１４ 開閉弁
１６ 拡径管
１８ サイクロン分離装置
１８ａ 容器部
１８ｂ 縮径部
１８ｃ 円筒部
１８ｄ 放出口
２０ 吸音装置
２２ インナーバッフル
２２ａ 蓋部
２２ｂ 円筒部
２４ サイレンサ
２４ａ 円筒缶
２６ 多孔管
２８ グラスウール
３０ 排気管
３２ 回収装置
１００ 二酸化炭素排出装置
１１０ 制御装置
１２０ 圧力計
２００ 管理室

Claims (4)

1. 液体二酸化炭素を輸送するパイプラインに接続し、当該パイプライン中の液体二酸化炭素の一部を排出して前記パイプラインの輸送圧力を減圧させる二酸化炭素排出装置において、
   前記パイプラインに接続する導入管と、
   当該導入管を開閉する開閉手段と、
   前記導入管に連結しかつ前記液体二酸化炭素の移動方向に沿って径が大きくなり、前記液体二酸化炭素を固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とからなる固気混合二酸化炭素に変化させる拡径管と、
   前記拡径管が接続された円筒状の容器部を有し、前記容器部の内周面に沿って前記拡径管から前記固気混合二酸化炭素を噴出させて前記容器部の内周面を周回するサイクロン状の気流を発生させ、前記固気混合二酸化炭素を固体二酸化炭素と気体二酸化炭素とに遠心分離するサイクロン分離手段と、
   前記サイクロン分離手段に接続し、前記サイクロン分離手段内において落下する固体二酸化炭素を回収する回収手段と、
   前記サイクロン分離手段に接続し、前記サイクロン分離手段から排出された前記サイクロン分離手段内の気体二酸化炭素を外部に搬送するとともに、前記サイクロン分離手段で発生した騒音を吸収する吸音手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素排出装置。
2. 前記サイクロン分離手段は、前記容器部の内部に、前記容器部に対して略同心に設けられた円筒部を有し、
   前記吸音手段は、前記円筒部に接続され、低周波騒音を低減するインナーバッフル部と、当該インナーバッフル部に接続され、高周波騒音を吸音するサイレンサ部とを有し、
   前記インナーバッフル部は、前記円筒部より小径の円筒体を有し、
   前記サイレンサ部は、前記インナーバッフル部に接続され、かつ側面に複数の小孔が形成された管状部材と、当該管状部材を中央に配置する筒状部材と、当該筒状部材内における前記管状部材の周囲に充填される吸音材とを備えたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素排出装置。
3. 前記容器部は、下方に向かって縮径して、前記回収手段に接続していることを特徴とする請求項１又は２記載の二酸化炭素排出装置。
4. 前記導入管における前記開閉手段の上流側に、前記開閉手段が開放された場合に前記導入管を加温する加温手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の二酸化炭素排出装置。

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