JP2013212474A - Gas separation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水和物の生成を通じて被処理気体から目的とする気体(以下「目的気体」という)を分離する気体分離装置に関し、より詳しくは、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置に関する。 The present invention relates to a gas separation device that separates a target gas (hereinafter referred to as “target gas”) from a gas to be treated through the formation of a hydrate, and more specifically, suppresses the expansion of the facility scale or the facility and operating costs. It is related with the gas separation apparatus which can reduce.
本明細書において、用語の意味又は解釈は以下のとおりとする。これらの用語の意味又は解釈は、本発明の技術的範囲が均等の範囲にまで及ぶことを妨げるものではない。 In this specification, the meaning or interpretation of terms is as follows. The meaning or interpretation of these terms does not preclude the technical scope of the present invention from reaching an equivalent scope.
(1)「水和物」とは、包接水和物の略称である。ホストまたはホスト物質と呼ばれる分子又は化合物(即ち、ホスト分子又はホスト化合物)が構成するトンネル形、層状、網状、籠状などの構造(包接格子)内に、ゲスト物質と呼ばれる他の分子または化合物(即ち、ゲスト分子又はゲスト化合物)が入り込む又は取り込まれることで形成され、生成される物質を包接化合物という。ゲスト化合物の例としては、テトラnブチルアンモニウム塩、テトラisoペンチルアンモニウム塩、トリnブチル・ペンチルアンモニウム塩等のアルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩などがある。ホスト分子の例としては、水やシクロデキストリンがある。ホスト分子が水である包接化合物が包接水和物である。本発明における「水和物」には、準包接水和物が含まれる。 (1) “Hydrate” is an abbreviation for clathrate hydrate. Other molecules or compounds called guest substances in tunnel-type, layer-like, network-like or cage-like structures (inclusion lattices) formed by molecules or compounds called hosts or host substances (ie, host molecules or host compounds) A substance formed and formed by entering (or guest molecule or guest compound) is referred to as an inclusion compound. Examples of guest compounds include quaternary ammonium salts typified by alkyl ammonium salts such as tetra-n-butylammonium salt, tetra-isopentylammonium salt, tri-n-butyl-pentylammonium salt, alkylphosphonium salts, and alkylsulfonium salts. is there. Examples of host molecules include water and cyclodextrin. An inclusion compound in which the host molecule is water is an inclusion hydrate. The “hydrate” in the present invention includes quasi-clathrate hydrate.
(2)水和物のゲスト分子の水溶液、より詳しくは一種又は二種以上のゲスト化合物を溶質とし、水を溶媒とする水溶液を冷却すると水和物が生成される。本発明において、「水和物を生成するゲスト化合物の水溶液」とは、冷却されて水和物を生成するゲスト化合物を含む水溶液をいう。 (2) An aqueous solution of a hydrate guest molecule, more specifically, an aqueous solution containing one or more guest compounds as a solute and water as a solvent forms a hydrate. In the present invention, “an aqueous solution of a guest compound that forms a hydrate” refers to an aqueous solution containing a guest compound that forms a hydrate upon cooling.
(3)「水和物スラリー」とは、水和物がそのゲスト化合物の水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁してスラリー状を呈するに至ったものをいう。 (3) “Hydrate slurry” refers to a hydrate dispersed or suspended in an aqueous solution or aqueous solvent of the guest compound to form a slurry.
目的気体を含む水和物を生成することにより、被処理気体から目的気体を捕集し、分離する技術としては、その水和物の典型例が、ゲスト分子を当該気体とするガスハイドレートや、例えば第4級アンモニウム塩をゲスト分子とする水和物であり、このような水和物の生成を通じて当該気体を分離する技術が検討されている(例えば、特許文献1〜4参照)。 As a technique for collecting and separating the target gas from the gas to be treated by generating a hydrate containing the target gas, typical examples of the hydrate include gas hydrates having guest molecules as the gas, For example, it is a hydrate containing a quaternary ammonium salt as a guest molecule, and a technique for separating the gas through the formation of such a hydrate has been studied (for example, see Patent Documents 1 to 4).
これらの技術において、被処理気体中の目的気体の濃度が低い場合や、分離して回収する気体中の目的気体の濃度が高いものが要望される場合には、水和物生成による分離操作を二段階で行うようにされている。 In these techniques, when the concentration of the target gas in the gas to be treated is low, or when a high concentration of the target gas in the gas to be separated and recovered is desired, a separation operation by hydrate formation is performed. It is supposed to be done in two stages.
水和物生成による分離操作を二段階で行う気体分離装置において、一段目の分離操作により被処理気体から分離された気体中の目的気体の濃度は高められており、その濃度が高くなった気体を二段目の分離操作によりさらに目的気体の濃度を高くする処理を行う。一段目と二段目の分離操作を行う水和物生成装置の水和物生成能力が同じであると、二段目の水和物生成装置の処理能力が処理対象気体に対して過剰になるので、無駄であり、ひいては設備費用及び運転費用の低減の妨げとなる。 In the gas separation device that performs the separation operation by hydrate generation in two stages, the concentration of the target gas in the gas separated from the gas to be treated by the first separation operation is increased, and the gas whose concentration has increased The concentration of the target gas is further increased by the second separation operation. If the hydrate generating capacity of the hydrate generator that performs the separation operation of the first stage and the second stage is the same, the processing capacity of the second stage hydrate generator is excessive with respect to the gas to be processed. Therefore, it is useless, and consequently hinders reduction in equipment costs and operating costs.
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above problems, and it aims at providing the gas separation apparatus which can suppress the expansion of an installation scale or can reduce an installation cost and an operating cost.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、被処理気体を受け入れる第一の気体捕集放出装置と、 該第一の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れる第二の気体捕集放出装置とを備え、前記第一の気体捕集放出装置及び第二の気体捕集放出装置は、それぞれ、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is a gas separation device that separates a target gas from a gas to be processed using a hydrate, and a first gas collection and discharge device that receives the gas to be processed; And a second gas collection / release device for receiving the gas emitted by the first gas collection / release device, wherein the first gas collection / release device and the second gas collection / release device are respectively The aqueous solution of the guest compound that forms a hydrate is brought into contact with a gas and cooled, thereby generating a hydrate that collects the gas, and the hydrate generating device that generates the hydrate. A hydrate melting device that heats and melts the hydrate and thereby releases the gas, and the hydrate generating device of the second gas collection and release device is the first gas collection and release Compared to the hydrate generation device of the device, the hydrate generation capacity is small. Providing a gas separation apparatus according to.
以上のように構成される気体分離装置において、前記水和物生成装置は、二重管式熱交換器で構成された水和物生成管路装置であって、内管にゲスト化合物の水溶液と被処理気体の混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体を流通させて混合流体を冷却し、水和物を生成するものであり、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置に比べて、生成管路長さが短く伝熱面積が少ないこと、生成管路の内管断面積が大きく混合流体の流速が低いこと、水溶液ポンプを送液量が低いものとし混合流体の供給流速が低いこと、生成管路の冷熱媒体流路断面積が大きく冷熱媒体の流速が低いこと、冷熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし冷熱媒体の供給流速が低いこと、冷熱媒体の種類を変更すること、冷熱媒体の供給温度を変更すること、水溶液の濃度を変更すること、のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くすることができる。 In the gas separation apparatus configured as described above, the hydrate generating apparatus is a hydrate generating pipeline apparatus configured with a double-tube heat exchanger, and an aqueous solution of a guest compound and an inner pipe A hydrate generation tube of the second gas collection and discharge device is used for generating a hydrate by circulating a mixed fluid of a gas to be treated and flowing a cooling medium through an outer tube to cool the mixed fluid. Compared with the hydrate generation line device of the first gas collection and release device, the line device has a short generation line length and a small heat transfer area, and the internal pipe cross-sectional area of the generation line is large and mixed. Low flow rate of fluid, low feed rate of aqueous solution pump, low supply flow rate of mixed fluid, large cross-sectional area of cooling medium flow path of production pipe, low flow rate of cooling medium, cooling medium supply pump The amount of liquid to be fed should be low, the cooling medium supply flow rate should be low, and the type of cooling medium Further to that, to change the supply temperature of the chilling medium, changing the concentration of the aqueous solution by at least one of, it is possible to reduce the heat exchange capacity.
本発明の別の態様は、水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、直列に配設する複数段の気体捕集放出装置を備え、最初の段の気体捕集放出装置は被処理気体を受け入れ、二段目以降の気体捕集放出装置は、前段の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れ、前記複数段の気体捕集放出装置は、それぞれ、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、前記二段目以降の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前段の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置を提供する。 Another aspect of the present invention is a gas separation device for separating a target gas from a gas to be treated using a hydrate, comprising a plurality of gas collection and discharge devices arranged in series. The gas collection / release device accepts the gas to be treated, the gas collection / release devices after the second stage accept the gas released by the gas collection / release device of the previous stage, and the gas collection / release devices of the plurality of stages are: The aqueous solution of the guest compound that produces a hydrate is brought into contact with the gas and cooled, thereby producing a hydrate that collects the gas, and a hydrate production device that produces the hydrate. A hydrate melting device that heats and melts the hydrate that has been heated and thereby releases the gas. Compared to the hydrate generator of the release device, the hydrate generation capacity is small. Providing a gas separation apparatus according to.
本発明によると、水和物生成による分離操作を二段階で行う気体分離装置であって、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a gas separation apparatus which performs the separation operation by hydrate production | generation in two steps, Comprising: The gas separation apparatus which can suppress the expansion of an installation scale or can reduce an installation cost and an operating cost can be provided.
以下、本発明の種々の実施形態により本発明を詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to various embodiments of the present invention. The technical scope of the present invention is not limited by these embodiments, and can be implemented in various forms without changing the gist of the invention. Further, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.
<実施形態>
図1は本発明の一実施形態に係る気体分離装置を示す系統図である。
<Embodiment>
FIG. 1 is a system diagram showing a gas separation device according to an embodiment of the present invention.
図1に示す気体分離装置は、目的気体を含む被処理気体Aを受け入れ、目的気体を含む水和物を生成して被処理気体Aから目的気体を捕集し、次いで水和物を加熱して融解し、水和物から目的気体を放出し、目的気体の濃度を高めた濃縮気体Bを得る第一の気体捕集放出装置100と、
第一の気体捕集放出装置100により処理された濃縮気体Bを受け入れ、目的気体を含む水和物を生成して濃縮気体Bから目的気体を捕集し、次いで水和物を加熱して融解し、水和物から目的気体を放出し、目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮気体Cを得る第二の気体捕集放出装置200とを備える。
The gas separation device shown in FIG. 1 receives a gas to be processed A containing a target gas, generates a hydrate containing the target gas, collects the target gas from the gas to be processed A, and then heats the hydrate. A first gas collection and
The concentrated gas B processed by the first gas collection and
第一の気体捕集放出装置100と第二の気体捕集放出装置200は、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液D,E(以下、単に「水溶液」という場合がある)を目的気体と接触させ、冷却し、目的気体分子を包接格子内の空隙に取り込んだ水和物を生成することにより、目的気体を含む水和物を生成し、これにより目的気体を捕集する水和物生成装置101,201と、
該水和物生成装置101,201において生成した水和物を加熱して融解し、これにより目的気体を放出する水和物融解装置102,202とをそれぞれ備える。
The first gas collecting / releasing
The hydrate generating
また、水和物生成装置101,201において、水和物が水溶液に分散又は懸濁している水和物のスラリーが生成される。
In the
<第一の気体捕集放出装置100>
第一の気体捕集放出装置100は、目的気体を含む被処理気体Aの圧力を昇圧し、混合器104へ送気する昇圧機103、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を水溶液貯槽105から混合器104に供給する水溶液ポンプ106、
水溶液に被処理気体を混合する混合器104、及び
混合器104で被処理気体Aと水溶液Dとが混合された混合流体を受け入れ、冷却し、目的気体分子を包接格子内の空隙に取り込んだ水和物を生成し、目的気体を捕集する水和物生成装置(生成管路)101、
水和物生成装置で生成された水和物が水溶液に分散又は懸濁している水和物スラリーと、水和物に取り込まれない被処理気体中の残気体とを受け入れ、これらを分離する残気体分離器107、
残気体分離器107で残気体111を分離した水和物スラリーを水和物融解装置102に供給する水和物スラリーポンプ108、
水和物スラリーを加熱し、水和物を融解して、水和物から取り込んだ目的気体を放出する水和物融解装置102、
水和物融解装置102で水和物が融解した水溶液と目的気体とを受け入れ、これらを分離し、目的気体の濃度が高められた濃縮気体Bを得る目的気体分離器109、及び
目的気体分離器109で分離された水溶液Dを貯留する水溶液貯槽105
を備える。
<First gas collection and
The first gas collection and
An aqueous solution pump 106 for supplying an aqueous solution of a guest compound that forms a hydrate to the
The
A hydrate slurry in which a hydrate produced by a hydrate producing apparatus is dispersed or suspended in an aqueous solution and a residual gas in a gas to be treated that is not taken into the hydrate are received and separated to separate them.
A
A
A
Is provided.
<第二の気体捕集放出装置200>
第一の気体捕集放出装置100とほぼ同じ構成である。
<Second gas collection /
The configuration is substantially the same as that of the first gas collection /
混合器204に第一の気体捕集放出装置100により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Bが供給される。
Concentrated gas B whose concentration of the target gas has been increased by the first gas collection /
目的気体分離器209で目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮気体Cを得る。
The
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201は、第一の気体捕集放出装置100の水和物生成装置101に比べて水和物生成能力が低いものとすることが好ましい。
It is preferable that the
ここで、水和物生成能力とは、単位時間当たりの水和物の生成量をいう。 Here, the hydrate production ability refers to the amount of hydrate produced per unit time.
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201には、第一の気体捕集放出装置100により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Bと水溶液Eの混合流体が供給され、目的気体を含む水和物を生成する。第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201では、第一の気体捕集放出装置100の水和物生成装置101において水和物を生成する場合に比べて、目的気体の濃度が高められており、また被処理気体から未反応の残気体が除かれていて処理対象となる気体量が減少しているため、第一の気体捕集放出装置100の水和物生成装置101と同程度の水和物生成能力である必要がなく、適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
The
さらに、第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201を適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることに伴い、第二の気体捕集放出装置200の水和物融解装置202は、第一の気体捕集放出装置100の水和物融解装置102に比べて水和物融解能力が低いものとすることが好ましい。これにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。ここで、水和物分解能力とは、単位時間当たりの水和物の分解量をいう。
Further, as the
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201と水和物融解装置202とを、第一の気体捕集放出装置100のものに比べて水和物生成能力と水和物融解能力とが低いものとすることに伴い、昇圧機203、水溶液ポンプ206、混合器204、残気体分離器207、目的気体分離器209とを、それぞれの処理能力が低いものとすることができ、設備費用と運転費用を削減することができる。
The
以下、これらの各機器について説明する。 Hereinafter, each of these devices will be described.
<第一の気体捕集放出装置100>
〔混合器104〕
水溶液ポンプ106により後述する水溶液貯槽105から水溶液Dの供給を受け、この水溶液Dに昇圧機103により被処理気体Aの供給を受け、これらを混合する。
<First gas collection and
[Mixer 104]
An
水溶液Dへの被処理気体Aの供給は相対的なものであり、水溶液Dに向けて気体Aを放出する場合は勿論、被処理気体Aに向けて水溶液Dを放出する場合もこれに該当する。前者の典型例は、水溶液Dが存在する領域への当該領域外からの気体Aのバブリングであり、その場合、気泡粒径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器104の一つの態様としては、混合器104が水溶液Dを充填したタンクからなり、気体が微細な気泡として水溶液中に分散されるようなものがある。この場合、気液接触面積が大きく取れるように気泡径は小さいほうが好ましい。
The supply of the gas A to be treated to the aqueous solution D is relative, and this applies to the case where the gas A is released toward the aqueous solution D and the case where the aqueous solution D is released toward the gas A to be treated. . A typical example of the former is bubbling of the gas A from outside the region to the region where the aqueous solution D exists, and in that case, the smaller the bubble particle size, the better. As one aspect of the
後者すなわち被処理気体Aに向けて水溶液Dを放出する場合の典型例は、気体Aが存在する領域への当該領域外からの水溶液Dの噴霧であり、その場合水溶液滴径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器104の態様として、気体Aを充填した容器内に水溶液Dをスプレーノズルにより噴霧して気体Aと接触させ、水溶液Dに気体Aを溶解させるようなものがある。
A typical example of the latter case where the aqueous solution D is released toward the gas A to be treated is spraying of the aqueous solution D from outside the region to the region where the gas A exists. As an aspect of the
前者、後者のいずれの場合においても、水溶液Dへの気体Aの供給は、気体Aと水溶液Dとの接触面積をより高める手法により行われることが好ましい。 In either case of the former and the latter, it is preferable that the supply of the gas A to the aqueous solution D is performed by a technique for further increasing the contact area between the gas A and the aqueous solution D.
また、混合器104としてラインミキサーを用いてもよい。ラインミキサーにおいて水溶液Dは筒状体に供給され内面に設けられた翼体等により旋回流が形成され、水溶液Dの旋回流に被処理気体Aが巻き込まれて超微細な気泡群になるように砕かれ、水溶液Dと被処理気体Aとが混合される。
Further, a line mixer may be used as the
混合器104によって水溶液Dに被処理気体Aが混合された後、混合流体は水和物生成装置101に送られる。
After the gas A to be treated is mixed with the aqueous solution D by the
〔水和物生成装置101〕
水和物生成装置101は、冷却機能を備えており、混合器104で混合された水溶液Dと被処理気体Aとの混合流体を冷却して目的気体を含む水和物を生成し、その水和物が水溶液に分散又は懸濁してなる水和物スラリーを生成する。冷却機能としては冷熱媒体110を供給して冷却する熱交換機能を備えることが好ましい。
[Hydrate generator 101]
The
図1の実施形態では、水和物生成装置101は二重管式熱交換器で構成された生成管路であり、内管に水溶液Dと被処理気体Aの混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体110を流通させ混合流体を冷却し、水和物を生成する。また、水和物生成装置101はシェルアンドチューブ式熱交換器であってもよく、伝熱管内に混合流体を流通させ、シェル内に冷熱媒体110を流通させ、伝熱管内の周面を介して、冷熱媒体110との熱交換により冷却するようにしてもよい。
In the embodiment of FIG. 1, the
また、水和物生成装置101においては、被処理気体Aのうち水和物に含まれず捕集されなかった残りの気体が存在するが、これは未反応の残気体として水和物スラリーとともに水和物生成装置101から抜き出され、後述の分離器107によって水和物スラリーと分離される。
In addition, in the
水和物生成装置101において、水溶液を冷却する冷却温度は0℃より高い温度とすることが好ましい。つまり生成するスラリーの温度が0℃より高い温度になるようにする。冷却温度を0℃より高い温度で冷却するようにすれば、冷媒を供給するために用いる装置として、冷凍機または外気と冷水とで熱交換させるクーリングタワーを用いることができ、容易に冷熱を得て冷熱媒体110を供給することができる。特にゲスト分子として第四級アンモニウム塩の一つである臭化テトラisoペンチルアンモニウム(TiPAB)を用いた場合は15℃以上で水和物を生成できるので、外気の熱エネルギーを利用することが可能であり、より経済的な手法を選択することができる。
In the hydrate production |
〔残気体分離器107〕
残気体分離器107は、水和物生成装置101から水和物スラリーと未反応の残気体の供給を受けて未反応の残気体111を分離する。
[Residual gas separator 107]
The
残気体分離器107の形式は任意であり、例えばデカンター、サイクロンセパレータ、遠心分離機などを利用することができるが、分離した残気体111中へのスラリー液滴混入を可能な限り少なくするため、例えば衝突分離式のミストセパレータを併せて用いることが望ましい。
The form of the
残気体分離器107で残気体111を分離された水和物スラリーは、水和物スラリーポンプ108により水和物融解装置102に供給される。
The hydrate slurry from which the
<水和物融解装置102>
水和物融解装置102は、加熱機能を備えており、残気体分離器107で残気体111が分離された水和物スラリーを導入し、これを加熱して、水和物を融解させて水溶液を生成し、水和物に捕集されていた目的気体を放出させる。加熱機能としては加熱媒体を供給して加熱する熱交換器を備えることが好ましい。
<
The
水和物生成装置101と同様の構造の二重管式熱交換器とし、冷熱媒体110の代わりに加熱媒体113を供給する構成としてもよい。
A double tube heat exchanger having the same structure as that of the
水和物融解装置102から排出される気体分は、水和物から放出された目的気体と残存する残気体との混合物であり、被処理気体に比べて目的気体の濃度が高められた濃縮気体となっている。
The gas discharged from the
〔目的気体分離器109〕
目的気体の濃縮気体と水溶液からなる混合流体は目的気体分離器109に導入され、水溶液Dと目的気体の濃縮気体Bとに分離され、水溶液Dは水溶液ポンプ112により水溶液貯槽105に送られる。分離された目的気体の濃縮気体Bは第二の気体捕集放出装置200に導入される。
[Target gas separator 109]
The mixed fluid composed of the concentrated gas of the target gas and the aqueous solution is introduced into the
水溶液貯槽105に貯留される水溶液Dは水溶液ポンプ106により混合器104に供給される。
The aqueous solution D stored in the aqueous
目的気体分離器109の形式は任意であり、例えばデカンター、サイクロンセパレータ、遠心分離機などを利用することができるが、分離した目的気体の濃縮気体中へのスラリー液滴混入を可能な限り少なくするため、例えば衝突分離式のミストセパレータを併せて用いることが望ましい。
The form of the
<第二の気体捕集放出装置200>
各機器は第一の気体捕集放出装置100とほぼ同じ構成である。
<Second gas collection /
Each device has substantially the same configuration as the first gas collection /
混合器204に、第一の気体捕集放出装置100により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Bが供給される。
A concentrated gas B whose concentration of the target gas has been increased by the first gas collection /
目的気体分離器209で目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮目的気体Cを放出する。
The
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201は、第一の気体捕集放出装置100の水和物生成装置101に比べて水和物生成能力が低いものとなっている。
The
水和物生成装置201の水和物生成能力は、水溶液Eと濃縮気体Bとの混合流体と、冷熱媒体210との熱交換能力に影響を大きく受ける。混合流体と冷熱媒体210との熱交換能力を低くすることにより、水和物生成装置201の水和物生成能力を低くすることができる。
The hydrate production capacity of the
具体的には、
水和物生成装置201に流通する混合流体と冷熱媒体210のうち少なくとも一つの流速を減少させること、
伝熱面積を減少させること、
冷熱媒体210の種類を変更すること、
冷熱媒体210の供給温度を変更すること、
水溶液Eの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより熱交換能力を低くすることができる。
In particular,
Reducing the flow rate of at least one of the mixed fluid flowing through the
Reducing the heat transfer area,
Changing the type of the cooling medium 210;
Changing the supply temperature of the cooling medium 210;
The heat exchange capacity can be lowered by at least one of changing the concentration of the aqueous solution E.
水和物生成装置101と水和物生成装置201が二重管式熱交換器で構成された生成管路である場合には、第二の気体捕集放出装置200の水和物生成管路は、
第一の気体捕集放出装置100の水和物生成管路に比べて、生成管路長さが短く、伝熱面積が少ないこと、
生成管路の内管断面積が大きく混合流体の流速が低いこと、
水溶液ポンプ206を送液量が低いものとし、混合流体の供給流速が低いこと、
生成管路の冷熱媒体流路断面積が大きく、冷熱媒体210の流速が低いこと、
冷熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし、冷熱媒体210の供給流速が低いこと、
冷熱媒体210の種類を変更すること、
冷熱媒体210の供給温度を変更すること、
水溶液Eの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くするようにされている。
In the case where the
Compared to the hydrate production pipeline of the first gas collection and
The inner pipe cross-sectional area of the production pipe is large and the flow rate of the mixed fluid is low.
The
The cross-sectional area of the cooling medium passage of the production pipe is large, and the flow rate of the cooling medium 210 is low,
The cooling medium supply pump has a low liquid feeding amount, the supply flow rate of the cooling medium 210 is low,
Changing the type of the cooling medium 210;
Changing the supply temperature of the cooling medium 210;
The heat exchange capacity is lowered by at least one of changing the concentration of the aqueous solution E.
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201を、第一の気体捕集放出装置100の水和物生成装置101に比べて水和物生成能力が低いものとし、適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
The
第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201を適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることに伴い、第二の気体捕集放出装置200の水和物融解装置202は、第一の気体捕集放出装置100の水和物融解装置102に比べて水和物融解能力が低いものとなっている。
As the
水和物融解装置202の水和物融解能力は、水和物スラリーと加熱媒体213との熱交換能力に影響を大きく受ける。水和物スラリーと加熱媒体213との熱交換能力を低くすることにより、水和物融解装置202の水和物融解能力を低くすることができる。
The hydrate melting capacity of the
具体的には、
水和物融解装置202に流通する水和物スラリーと加熱媒体213のうち少なくとも一つの流速を減少させること、
伝熱面積を減少させること、
加熱媒体213の種類を変更すること、
加熱媒体213の供給温度を変更すること、
水和物スラリーの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより熱交換能力を低くすることができる。
In particular,
Reducing the flow rate of at least one of the hydrate slurry and the
Reducing the heat transfer area,
Changing the type of
Changing the supply temperature of the
The heat exchange capacity can be lowered by at least one of changing the concentration of the hydrate slurry.
水和物融解装置102と水和物融解装置202が二重管式熱交換器で構成された融解管路である場合には、第二の気体捕集放出装置200の水和物融解管路は、
第一の気体捕集放出装置100の水和物融解管路に比べて、融解管路長さが短く、伝熱面積が少ないこと、
融解管路の内管断面積が大きく水和物スラリーの流速が低いこと、
水和物スラリーポンプ208を送液量が低いものとし、水和物スラリーの供給流速が低いこと、
融解管路の加熱媒体流路断面積が大きく、加熱媒体213の流速が低いこと、
加熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし、加熱媒体213の供給流速が低いこと、
加熱媒体213の種類を変更すること、
加熱媒体213の供給温度を変更すること、
水和物スラリーの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くするようにされている。
In the case where the
Compared to the hydrate melting line of the first gas collection and
The inner pipe cross-sectional area of the melting pipe is large and the flow rate of the hydrate slurry is low,
The
The heating medium channel cross-sectional area of the melting pipe is large, and the flow rate of the
The heating medium supply pump has a low liquid feeding amount, the supply flow rate of the
Changing the type of
Changing the supply temperature of the
The heat exchange capacity is lowered by at least one of changing the concentration of the hydrate slurry.
第二の気体捕集放出装置200の水和物融解装置202を、第一の気体捕集放出装置100の水和物融解装置102に比べて水和物融解能力が低いものとし、適度な水和物融解能力の水和物融解装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
The
<気体分離方法>
上記のように構成された気体分離装置によって被処理気体Aから目的気体を分離する方法を説明する。
<Gas separation method>
A method for separating the target gas from the gas A to be processed by the gas separation apparatus configured as described above will be described.
捕集目的の成分である目的気体を含む被処理気体Aを、まず、第一の気体捕集放出装置100に供給し、目的気体の濃縮気体Bを得て、濃縮気体Bを第二の気体捕集放出装置200に供給し、所望の濃度にまで濃縮された目的気体Cを分離して得る。
First, the target gas A containing the target gas, which is a component for collection, is supplied to the first gas collection /
被処理気体Aは第一の気体捕集放出装置100に導入され、昇圧機103により昇圧され、混合器104により水溶液Dと混合される。混合器104により水溶液Dに被処理気体Aが混合され、混合流体とされた後、混合流体は水和物生成装置101に送られる。水和物生成装置101において、混合流体を冷熱媒体110との熱交換などにより冷却して目的気体を含む水和物を生成し、目的気体を捕集し、水和物が水溶液に分散又は懸濁した水和物スラリーが生成される。
The gas A to be treated is introduced into the first gas collection /
水和物生成装置101で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が残気体分離器107に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体111が分離される。分離された水和物スラリーは水和物融解装置102に導入される。なお、分離された残気体111に目的気体が残存している場合には、例えば残存量が一定量以下になるまで、分離された残気体111を再循環して被処理気体に合流させ、混合器104に供給することができる。
The hydrate slurry generated by the
残気体111と分離された水和物スラリーは水和物融解装置102に導入され、加熱媒体113との熱交換により加熱される。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた目的気体が放出される。目的気体が放出されることにより、水和物融解装置102において目的気体の濃度が高められた濃縮気体と水溶液からなる混合流体が生成する。この混合流体は目的気体分離器109に導入され、水溶液Dと濃縮気体Bとに分離される。分離された水溶液Dは水溶液貯槽105に送られ、混合器104に循環供給される。分離された濃縮気体Bは第二の気体捕集放出装置200に導入される。
The hydrate slurry separated from the
第二の気体捕集放出装置200において、昇圧機203により昇圧された濃縮気体Bは、混合器204に導入され、水溶液Eと混合される。混合器204によって水溶液Eに濃縮気体Bが混合され、混合流体とされた後、混合流体は水和物生成装置201に送られる。水和物生成装置201においては、混合流体を冷熱媒体210との熱交換などにより冷却して、目的気体を含む水和物を生成し、水和物が水溶液に分散又は懸濁した水和物スラリーが生成される。
In the second gas collection /
水和物生成装置201で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が残気体分離器207に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体211が分離される。分離された水和物スラリーは水和物融解装置202に導入される。
The hydrate slurry and unreacted residual gas generated by the
残気体211と分離された水和物スラリーは水和物融解装置202に導入され、加熱媒体213との熱交換により加熱される。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた目的気体が放出される。目的気体が放出されることにより、水和物融解装置202において目的気体の濃度がさらに高められた高濃縮気体と水溶液からなる混合流体が生成する。この混合流体は目的気体分離器209に導入され、水溶液Eと高濃縮気体Cとに分離される。分離された水溶液Eは水溶液貯槽205に送られ、混合器204に循環供給される。分離された高濃縮気体Cは貯留されるか次のプロセスに導入される。
The hydrate slurry separated from the
かくして、被処理気体Aから目的気体を分離でき、第二の気体捕集放出装置200の水和物生成装置201と水和物融解装置202とを、第一の気体捕集放出装置100のものに比べて水和物生成能力と水和物融解能力とが低いものとすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
Thus, the target gas can be separated from the gas A to be treated, and the
上記の実施形態では、気体捕集放出装置を二段階に設けて気体分離を行ったが、三段階以上に気体捕集放出装置を設けることにより、さらに高濃度に濃縮された目的気体を分離することができる。 In the above embodiment, gas separation is performed by providing the gas collection / release device in two stages. However, by providing the gas collection / release apparatus in three or more stages, the target gas concentrated to a higher concentration is separated. be able to.
100…第一の気体捕集放出装置、101,201…水和物生成装置、102,202…水和物融解装置、103,203…昇圧機、104,204…混合器、105,205…水溶液貯槽、106,112,206,212…水溶液ポンプ、107,207…残気体分離器、108,208…水和物スラリーポンプ、109,209…目的気体分離器、110,210…冷熱媒体、111,211…残気体、113,213…加熱媒体、200…第二の気体捕集放出装置、A…被処理気体、B…濃縮気体、C…高濃縮目的気体、D,E…水溶液。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
被処理気体を受け入れる第一の気体捕集放出装置と、
該第一の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れる第二の気体捕集放出装置とを備え、
前記第一の気体捕集放出装置及び第二の気体捕集放出装置は、それぞれ、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、
該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、
前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置。 A gas separation device for separating a target gas from a gas to be treated using a hydrate,
A first gas collection and release device for receiving the gas to be treated;
A second gas collection / release device for receiving the gas emitted by the first gas collection / release device,
The first gas collection / release device and the second gas collection / release device are respectively
A hydrate generator for generating a hydrate by bringing an aqueous solution of a guest compound that generates a hydrate into contact with a gas and cooling it, thereby collecting the gas;
A hydrate melting device that heats and melts the hydrate produced in the hydrate production device, thereby releasing gas.
The hydrate generating device of the second gas collecting / releasing device has a smaller hydrate generating ability than the hydrate generating device of the first gas collecting / releasing device. .
直列に配設する複数段の気体捕集放出装置を備え、
最初の段の気体捕集放出装置は被処理気体を受け入れ、二段目以降の気体捕集放出装置は、前段の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れ、
前記複数段の気体捕集放出装置は、それぞれ、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、
該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、
前記二段目以降の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前段の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置。 A gas separation device for separating a target gas from a gas to be treated using a hydrate,
Provided with multiple stages of gas collection and release devices arranged in series,
The first-stage gas collection / release device accepts the gas to be treated, and the second-stage and subsequent gas collection / release devices accept the gas released by the preceding-stage gas collection / release device,
Each of the multi-stage gas collection and release devices is
A hydrate generator for generating a hydrate by bringing an aqueous solution of a guest compound that generates a hydrate into contact with a gas and cooling it, thereby collecting the gas;
A hydrate melting device that heats and melts the hydrate produced in the hydrate production device, thereby releasing gas.
The hydrate generation device of the second and subsequent stages of the gas collection / release device has a smaller hydrate generation capability than the hydrate generation device of the gas collection / release device of the previous stage. .
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