JP2653370B2 - Ｃｏ▲下２▼吸着用アミン系イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents
Ｃｏ▲下２▼吸着用アミン系イオン交換樹脂の再生方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はCO2を吸着したアミン系イオン交換樹脂の再
生方法に関する。
生方法に関する。
［技術的背景］ 密閉空間に蓄積されたCO2と除去する場合には、一般
にアミン系イオン交換樹脂（以下これを固体アミンと略
称する）を充填した吸着塔にCO2含有空気を供給し、空
気中のCO2を固体アミンに選択的に吸着させて除去する
方法がが採用されている。そして、CO2を吸着して疲弊
した固体アミンは、吸着塔に充填したまま、これに100
〜120℃の飽和水蒸気を接触させる直接加熱方式によっ
て再生し、再生終了後の吸着塔には再びCO2含有空気を
吸着塔に供給される。つまり、固体アミンを充填した塔
では吸着工程と再生工程とが繰り返されるが、吸着工程
と再生工程とでは、ガスの流れを逆向きにするのが通例
であって、例えば、第１図に示す如く、吸着工程でCO2
含有空気を吸着塔の上部から供給し、CO2が除去された
空気を吸着塔下部から取り出した場合には、再生工程で
は再生用水蒸気を吸着塔下部から供給し、固体アミンか
ら解離したCO2は吸着塔上部から取り出される。
にアミン系イオン交換樹脂（以下これを固体アミンと略
称する）を充填した吸着塔にCO2含有空気を供給し、空
気中のCO2を固体アミンに選択的に吸着させて除去する
方法がが採用されている。そして、CO2を吸着して疲弊
した固体アミンは、吸着塔に充填したまま、これに100
〜120℃の飽和水蒸気を接触させる直接加熱方式によっ
て再生し、再生終了後の吸着塔には再びCO2含有空気を
吸着塔に供給される。つまり、固体アミンを充填した塔
では吸着工程と再生工程とが繰り返されるが、吸着工程
と再生工程とでは、ガスの流れを逆向きにするのが通例
であって、例えば、第１図に示す如く、吸着工程でCO2
含有空気を吸着塔の上部から供給し、CO2が除去された
空気を吸着塔下部から取り出した場合には、再生工程で
は再生用水蒸気を吸着塔下部から供給し、固体アミンか
ら解離したCO2は吸着塔上部から取り出される。
ところで、第１図に示すように、吸着塔の下部から飽
和水蒸気を供給して内部に充填されている固体アミンを
再生する場合、固体アミンの再生は次のように進行す
る。
和水蒸気を供給して内部に充填されている固体アミンを
再生する場合、固体アミンの再生は次のように進行す
る。
吸着工程が終了した直後の吸着塔内部には、固体アミ
ンの充填層の上部空間及び下部空間と、充填層の空隙部
分に空気が残留している（以下これを残留空気と言
う）。
ンの充填層の上部空間及び下部空間と、充填層の空隙部
分に空気が残留している（以下これを残留空気と言
う）。
再生用水蒸気が吸着塔の下部から供給されると、充填
層の温度は下部から徐々に上昇してくるが、水蒸気が凝
縮するため充填層上部への熱伝達は固体アミン粒子間の
伝導のみで非常に遅い。
層の温度は下部から徐々に上昇してくるが、水蒸気が凝
縮するため充填層上部への熱伝達は固体アミン粒子間の
伝導のみで非常に遅い。
CO2の固体アミンからの解離は、再生可能な温度に達
した充填層下部から起り、解離したCO2は上方に押し出
されるが、充填層上部は上記した理由によりまだ再生可
能な温度に到達していないため、再吸着が起り、すぐに
は系外に排出されない。
した充填層下部から起り、解離したCO2は上方に押し出
されるが、充填層上部は上記した理由によりまだ再生可
能な温度に到達していないため、再吸着が起り、すぐに
は系外に排出されない。
水蒸気は凝縮、蒸発を繰返しながら充填層上部へ移動
して固体アミンを再生する。系内の残留空気はこの水蒸
気の移動により徐々に系外に排出される。
して固体アミンを再生する。系内の残留空気はこの水蒸
気の移動により徐々に系外に排出される。
こうして固体アミンの再生が進行し、解離したCO2は
再吸着ゾーンが消失した時点から急激に系外に排出され
る始める。
再吸着ゾーンが消失した時点から急激に系外に排出され
る始める。
再生が終了に近づくと、再生にエネルギを要しなくな
るため、供給エネルギ＞再生エネルギとなって、水蒸気
が凝縮しなくなり、充填層上部表面温度が急激に上昇
し、再生がほぼ終了する。
るため、供給エネルギ＞再生エネルギとなって、水蒸気
が凝縮しなくなり、充填層上部表面温度が急激に上昇
し、再生がほぼ終了する。
吸着塔内で固体アミンを再生した場合には、上記した
ように、解離したCO2が吸着と脱着（解離）を繰返しな
がら、充填層上部に移動するが、この現象がクロマトグ
ラフに似ていることから、クロマト分離的再生と呼ばれ
る。
ように、解離したCO2が吸着と脱着（解離）を繰返しな
がら、充填層上部に移動するが、この現象がクロマトグ
ラフに似ていることから、クロマト分離的再生と呼ばれ
る。
第２図は、第１図に示すような吸着塔の下部から水蒸
気を供給し、塔内の固体アミンを再生する場合に於い
て、第１図にa,b,c,d,eで示す固体アミン充填層部位の
温度変化と、固体アミンからのCO2発生速度変化を再生
時間との関係で示す模式図である。第２図において、曲
線a,b,c,d,eが各部位の温度が上昇せずに安定している
時間帯は、各曲線に対応する充填層の部位に存在する固
体アミンが再生状態にあることを意味し、供給エネルギ
と再生エネルギがバランスしていることを示している。
また、第２図において、符号のない曲線はCO2発生速度
の変化を示す曲線である。
気を供給し、塔内の固体アミンを再生する場合に於い
て、第１図にa,b,c,d,eで示す固体アミン充填層部位の
温度変化と、固体アミンからのCO2発生速度変化を再生
時間との関係で示す模式図である。第２図において、曲
線a,b,c,d,eが各部位の温度が上昇せずに安定している
時間帯は、各曲線に対応する充填層の部位に存在する固
体アミンが再生状態にあることを意味し、供給エネルギ
と再生エネルギがバランスしていることを示している。
また、第２図において、符号のない曲線はCO2発生速度
の変化を示す曲線である。
［従来の技術とその課題］ CO2を吸着して疲弊した固体アミンは、上に述べた通
り、飽和水蒸気を使用して再生することができ、従来も
この方法が採用されているが、従来法では次のいずれか
を目安にして再生処理を終了させている。その一つは、
充填層上部表面の温度が100℃に達したことを検知し、
その時点で再生工程を終了させるものであり、他の一つ
は、再生時間を固定し、これに見合った速度で水蒸気を
供給するものである。
り、飽和水蒸気を使用して再生することができ、従来も
この方法が採用されているが、従来法では次のいずれか
を目安にして再生処理を終了させている。その一つは、
充填層上部表面の温度が100℃に達したことを検知し、
その時点で再生工程を終了させるものであり、他の一つ
は、再生時間を固定し、これに見合った速度で水蒸気を
供給するものである。
しかしながら、第２図からも頷ける通り、充填層上部
表面の温度が100℃に到達しても、その時点ではCO2発生
速度がゼロになっていないので、再生は完了していな
い。従って、前者の方法で再生工程を終了させて吸着工
程に切り換えた場合には、吸着塔内に充満している高濃
度CO2が処理ガス中に混入してしまう不都合があるばか
りでなく、固体アミンの再生も不十分であるので、その
吸着性能も低下する。一方、後者の方法は吸着時間も固
定できるので、制御が簡単であり、系全体が安定してい
る場合には有効な方法であると言える。しかし、外気温
の変動、固体アミンの保有水分量の変動等に起因して、
再生所要時間も変動するため、こうした変動が起った場
合には、水蒸気を過剰供給してしまう事態や、所定時間
内に再生を完了できない事態が生ずる心配がある。
表面の温度が100℃に到達しても、その時点ではCO2発生
速度がゼロになっていないので、再生は完了していな
い。従って、前者の方法で再生工程を終了させて吸着工
程に切り換えた場合には、吸着塔内に充満している高濃
度CO2が処理ガス中に混入してしまう不都合があるばか
りでなく、固体アミンの再生も不十分であるので、その
吸着性能も低下する。一方、後者の方法は吸着時間も固
定できるので、制御が簡単であり、系全体が安定してい
る場合には有効な方法であると言える。しかし、外気温
の変動、固体アミンの保有水分量の変動等に起因して、
再生所要時間も変動するため、こうした変動が起った場
合には、水蒸気を過剰供給してしまう事態や、所定時間
内に再生を完了できない事態が生ずる心配がある。
また、再生工程で得られる高濃度CO2を回収する手段
について言えば、従来法では次のような手段が採用され
ている。その一つは、隔膜CO2濃度計を再生ガスライン
に挿入し、再生ガス中のCO2濃度を検知してラインをCO2
回収側に切り換えるものであるが、CO2濃度計の応答が
遅い、再生ガス中の水分の隔膜への結露により誤差が大
きい等の問題がある。他の一つは、タイマーによってラ
インをCO2回収側に切り換えるもので、系全体が安定し
ていれば、CO2が発生し始める時間もほぼ同じなので、
タイマーによる切り換えで高濃度CO2の回収は可能であ
る。しかし、不安定な系では安定した濃度でCO2を回収
することができない。
について言えば、従来法では次のような手段が採用され
ている。その一つは、隔膜CO2濃度計を再生ガスライン
に挿入し、再生ガス中のCO2濃度を検知してラインをCO2
回収側に切り換えるものであるが、CO2濃度計の応答が
遅い、再生ガス中の水分の隔膜への結露により誤差が大
きい等の問題がある。他の一つは、タイマーによってラ
インをCO2回収側に切り換えるもので、系全体が安定し
ていれば、CO2が発生し始める時間もほぼ同じなので、
タイマーによる切り換えで高濃度CO2の回収は可能であ
る。しかし、不安定な系では安定した濃度でCO2を回収
することができない。
［課題を解決するための手段］ 本発明の再生方法は、CO2を吸着して疲弊した固体ア
ミンが充填された吸着塔に、一定圧力の水蒸気を供給し
ながら、この吸着塔から排出されるガス流の圧力変動を
モニターし、その圧力が最初に急上昇する時点T1から次
に急上昇する時点T2までの期間に、前記吸着塔から排出
されるガス流を高濃度CO2ガスとして回収し、２度目の
圧力急上昇が感知された時点T2で、前記吸着塔への水蒸
気の供給を停止することを特徴とする。
ミンが充填された吸着塔に、一定圧力の水蒸気を供給し
ながら、この吸着塔から排出されるガス流の圧力変動を
モニターし、その圧力が最初に急上昇する時点T1から次
に急上昇する時点T2までの期間に、前記吸着塔から排出
されるガス流を高濃度CO2ガスとして回収し、２度目の
圧力急上昇が感知された時点T2で、前記吸着塔への水蒸
気の供給を停止することを特徴とする。
［作用］ 吸着塔に一定圧力の水蒸気を供給し、吸着塔内に充填
されている疲弊固体アミンを再生する場合、固体アミン
から解離したCO2の発生速度パターンと、吸着塔から排
出されるガス流の圧力変化パターンとは、再生終了時を
除外すると、殆ど一致する。第３図（ａ）及び第３図
（ｂ）はそれぞれCO2の発生速度パターンと、吸着塔か
ら排出されるガス流の圧力変化パターンを示す模式図で
あるが、図示の通り、両パターンは再生終了時を除いて
よく一致している。
されている疲弊固体アミンを再生する場合、固体アミン
から解離したCO2の発生速度パターンと、吸着塔から排
出されるガス流の圧力変化パターンとは、再生終了時を
除外すると、殆ど一致する。第３図（ａ）及び第３図
（ｂ）はそれぞれCO2の発生速度パターンと、吸着塔か
ら排出されるガス流の圧力変化パターンを示す模式図で
あるが、図示の通り、両パターンは再生終了時を除いて
よく一致している。
再生工程を水蒸気の供給開始からCO2が発生し始める
までの前期と、CO2が発生し始めてから再生終了までの
後期に区分して、第３図（ｂ）に示す圧力変化を詳述す
ると、前期では供給された水蒸気が吸着塔の充填層内部
で凝縮する。また、解離したCO2も再吸着されるため、
吸着塔から排出されるガス流の圧力変動（上昇）は、塔
内残留空気の流れに起因するもののみで、微々たるもの
に過ぎない（T0参照）。
までの前期と、CO2が発生し始めてから再生終了までの
後期に区分して、第３図（ｂ）に示す圧力変化を詳述す
ると、前期では供給された水蒸気が吸着塔の充填層内部
で凝縮する。また、解離したCO2も再吸着されるため、
吸着塔から排出されるガス流の圧力変動（上昇）は、塔
内残留空気の流れに起因するもののみで、微々たるもの
に過ぎない（T0参照）。
再生後期では、固体アミン充填層の再吸着ゾーンがな
くなることによって、急激にCO2が発生し始める関係
で、排出ガス流の圧力も急激に上昇し始める（T1参
照）。その後もCO2発生速度に応じた圧力変動を示し、
再生が終了に近づくと、圧力も低下してくる。
くなることによって、急激にCO2が発生し始める関係
で、排出ガス流の圧力も急激に上昇し始める（T1参
照）。その後もCO2発生速度に応じた圧力変動を示し、
再生が終了に近づくと、圧力も低下してくる。
ここまではCO2による圧力変化であるが、再生が終了
すると、再生エネルギを必要としなくなるので、供給さ
れた水蒸気は凝縮せずにそのまま吸着塔を通過する。こ
のために、一旦降下した吸着塔排出ガス流の圧力は、第
３図（ｂ）に示す通り、再び急上昇する（T2参照）。
すると、再生エネルギを必要としなくなるので、供給さ
れた水蒸気は凝縮せずにそのまま吸着塔を通過する。こ
のために、一旦降下した吸着塔排出ガス流の圧力は、第
３図（ｂ）に示す通り、再び急上昇する（T2参照）。
つまり、再生工程にある吸着塔から排出されるガス流
の圧力は、水蒸気供給開始直後に於いて塔内の残留空気
が押し出されることによって僅かに上昇するが、CO2が
発生するまでは殆ど圧力上昇がない。しかし、CO2が発
生し始めるとこの圧力は急激に上昇する。そして、再生
が終了した時点では、一旦降下した圧力が再び急上昇す
る。
の圧力は、水蒸気供給開始直後に於いて塔内の残留空気
が押し出されることによって僅かに上昇するが、CO2が
発生するまでは殆ど圧力上昇がない。しかし、CO2が発
生し始めるとこの圧力は急激に上昇する。そして、再生
が終了した時点では、一旦降下した圧力が再び急上昇す
る。
従って、疲弊した固体アミンが充填された吸着塔に水
蒸気を供給しながら、吸着塔から排出されるガス流の圧
力を監視し、 CO2の発生が開始したことに対応して最初に圧力が急
上昇する時点T1及び 再生が完了したことに対応して２度目に圧力が急上昇
する時点T2 を検出することにより、再生工程から高濃度CO2を回収
する時機並びに水蒸気の供給と停止して吸着塔を再生工
程から吸着工程に切り換える時機を的確に知ることがで
きる。
蒸気を供給しながら、吸着塔から排出されるガス流の圧
力を監視し、 CO2の発生が開始したことに対応して最初に圧力が急
上昇する時点T1及び 再生が完了したことに対応して２度目に圧力が急上昇
する時点T2 を検出することにより、再生工程から高濃度CO2を回収
する時機並びに水蒸気の供給と停止して吸着塔を再生工
程から吸着工程に切り換える時機を的確に知ることがで
きる。
［実 施 例］ 本発明の方法を採用したCO2除去装置の一例を示す。
本例は２塔式のCO2除去装置で一方の塔が吸着工程にあ
るとき、他方の塔は再生工程にあり、これを順次切り換
えて運転することにより、CO2を連続的に除去するもの
である。
本例は２塔式のCO2除去装置で一方の塔が吸着工程にあ
るとき、他方の塔は再生工程にあり、これを順次切り換
えて運転することにより、CO2を連続的に除去するもの
である。
今、吸着塔Ａが吸着工程にあり、吸着塔Ｂが再生工程
にある場合について説明すると、吸着塔Ａ及びＢがそれ
ぞれ吸着工程及び再生工程に切り換わった直後の各弁の
状態は、 V1A,V2A,V3A,V5, ……開 V1B,V2B,V3B,V6, ……閉 である。従って、供給ガスラインから吸引ファン１によ
って、吸着塔Ａに供給されたCO2含有空気は、CO2が除去
された処理ガスとして環境中に戻される。水蒸気発生装
置２からの水蒸気は、吸着塔Ｂの下部から導入され、固
体アミンを再生するが、再生工程前期に排出される残留
空気は、再生ガスバイパス弁V5を通って供給ガスライン
に戻される。
にある場合について説明すると、吸着塔Ａ及びＢがそれ
ぞれ吸着工程及び再生工程に切り換わった直後の各弁の
状態は、 V1A,V2A,V3A,V5, ……開 V1B,V2B,V3B,V6, ……閉 である。従って、供給ガスラインから吸引ファン１によ
って、吸着塔Ａに供給されたCO2含有空気は、CO2が除去
された処理ガスとして環境中に戻される。水蒸気発生装
置２からの水蒸気は、吸着塔Ｂの下部から導入され、固
体アミンを再生するが、再生工程前期に排出される残留
空気は、再生ガスバイパス弁V5を通って供給ガスライン
に戻される。
CO2が発生し始め、圧力が上昇したことを圧力センサ
ー７で検知し、制御装置８からの信号でV5を閉、V6を開
としてCO2の回収を開始する。CO2はリザーバタンク３、
圧縮機４を経て貯蔵タンク５に送られる。再生が終了に
近づくと圧力が徐々に低下し、さらにCO2が殆ど発生し
なくなった直後、前述したように水蒸気による圧力上昇
が現われるので、これを圧力センサー７で検知し、制御
装置８からの信号で吸着塔A,Bを切り換える。尚、符号
６は背圧調整弁を示す。
ー７で検知し、制御装置８からの信号でV5を閉、V6を開
としてCO2の回収を開始する。CO2はリザーバタンク３、
圧縮機４を経て貯蔵タンク５に送られる。再生が終了に
近づくと圧力が徐々に低下し、さらにCO2が殆ど発生し
なくなった直後、前述したように水蒸気による圧力上昇
が現われるので、これを圧力センサー７で検知し、制御
装置８からの信号で吸着塔A,Bを切り換える。尚、符号
６は背圧調整弁を示す。
［発明の効果］ 吸着塔内の固体アミンを水蒸気で再生する場合、再生
によって生ずるCO2の発生速度と、吸着塔から排出され
るガス流の圧力変化は、互いに相関関係にあるので、こ
の圧力変化に着目して行う本発明の再生方法によれば、
CO2を高濃度で、しかも安定した濃度で回収することが
できる。これに加えて、本発明の方法では再生終了時点
を的確に把握できるので、再生不良や水蒸気の過剰供給
を防止することができる。
によって生ずるCO2の発生速度と、吸着塔から排出され
るガス流の圧力変化は、互いに相関関係にあるので、こ
の圧力変化に着目して行う本発明の再生方法によれば、
CO2を高濃度で、しかも安定した濃度で回収することが
できる。これに加えて、本発明の方法では再生終了時点
を的確に把握できるので、再生不良や水蒸気の過剰供給
を防止することができる。
第１図は吸着塔略図、第２図は吸着塔内の固体アミン充
填層を再生する場合に於ける充填層温度の変化とCO2発
生温度の変化を示す模式図、第３図（ａ）及び（ｂ）は
吸着塔内の固体アミン充填層を再生する場合に於けるCO
2発生速度の変化と、吸着塔排出ガス流の圧力変化を示
す模式図、第４図は２塔式CO2除去装置のフロー説明図
である。 A,B:吸着塔、1:供給ガス吸引ファン、2:水蒸気発生装
置、3:CO2リザーバタンク、4:CO2圧縮機、5:CO2貯蔵タ
ンク、6:背圧調整弁、7:圧力センサー、8:制御装置、
填層を再生する場合に於ける充填層温度の変化とCO2発
生温度の変化を示す模式図、第３図（ａ）及び（ｂ）は
吸着塔内の固体アミン充填層を再生する場合に於けるCO
2発生速度の変化と、吸着塔排出ガス流の圧力変化を示
す模式図、第４図は２塔式CO2除去装置のフロー説明図
である。 A,B:吸着塔、1:供給ガス吸引ファン、2:水蒸気発生装
置、3:CO2リザーバタンク、4:CO2圧縮機、5:CO2貯蔵タ
ンク、6:背圧調整弁、7:圧力センサー、8:制御装置、
Claims (1)
- 【請求項１】CO2を吸着したアミン系イオン交換樹脂を
水蒸気と接触させて再生する方法に於いて、アミン系イ
オン交換樹脂が充填された塔に一定圧力の水蒸気を供給
しながら、塔から排出されるガス流の圧力が最初に急上
昇する時点T1から２度目に急上昇する時点T2までの期間
に排出される前記ガス流を高濃度CO2ガスとして回収
し、２度目の圧力急上昇が感知されて時点T2で水蒸気の
供給を停止することを特徴とするCO2を吸着したアミン
系イオン交換樹脂の再生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005470A JP2653370B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | Ｃｏ▲下２▼吸着用アミン系イオン交換樹脂の再生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005470A JP2653370B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | Ｃｏ▲下２▼吸着用アミン系イオン交換樹脂の再生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02187153A JPH02187153A (ja) | 1990-07-23 |
| JP2653370B2 true JP2653370B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=11612130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1005470A Expired - Lifetime JP2653370B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | Ｃｏ▲下２▼吸着用アミン系イオン交換樹脂の再生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2653370B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2139584A1 (en) * | 2007-04-17 | 2010-01-06 | Global Research Technologies, LLC | Capture of carbon dioxide (co2) from air |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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