JP2781135B2 - ガス分離回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所等において
重油や石炭の燃焼に伴って排出される排ガス中から例え
ば炭酸ガスのみを分離回収する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、大気中の炭酸ガス増加が地球温暖
化の原因とされており、工場或いは火力発電所の排ガス
中の炭酸ガスが問題視されている。その中で化石燃料の
燃焼に伴って発生する排ガス中から炭酸ガスを分離回収
する計画が検討され、研究開発が進められてきた。従来
から存在する技術としては、等しく構成した３つの処理
槽を並設し、それぞれへ等量の吸着剤を充填し、十数個
の弁を切替えることによって各槽が吸着工程、再生工
程、精製工程を順次行っていく固定槽方式が採用されて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の手段は、いわゆ
るガスの流れる系列を切替える方式であり、小規模に構
成すれば問題ないが、そのまま大型に構築して利用しよ
うとすると様々な問題が生じてくる。例えば、火力発電
所で発生する膨大な量の炭酸ガスを分離回収するには、
極めて大規模な装置が必要となり、従来の装置では、装
置の大型化に伴って各槽のガス供給口及び排出口にそれ
ぞれ付設する弁も大型に設定する必要がある。弁を大型
にすると、気密性の確保が技術的に極めて難しく、回収
ガスの純度が低下するばかりか製造コストも増加し、弁
自体が大型であるために切替えに要する時間が長くなり
がちで、処理時間と弁切替え時間との整合が取りにくい
という問題が伴った。

【０００４】本発明は上記実情に鑑みて成されたもので
あり、装置を大型に構成した場合においてもそれに伴っ
て弁を大型にする必要がなく、製造コスト及びランニン
グコストを低くおさえることができ、回収効率の高いガ
ス分離回収装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
成された本発明によるガス分離回収装置は、混合ガス中
の所定成分を無機質系吸着剤で選択的に吸着し、特定ガ
スのみを分離回収する装置において、吸着剤に所定成分
を吸着させる吸着槽と、吸着剤に吸着された所定成分中
における特定ガス以外の成分を分離排出させる精製槽
と、吸着剤から特定ガスを回収すると共にその吸着剤を
再度吸着に供するために再生する再生槽とを、各々弁を
設けた管路を介して上下直列に配設することで吸着剤を
循環させる循環経路を構成し、前記精製槽での濃縮過程
において、再生槽にて回収した特定ガスを前記精製槽へ
流通せしめる特定ガス系統を具備することを特徴とす
る。当該特定ガス系統を、前記再生槽での再生過程にお
いて、当該再生槽にて回収した特定ガスを加熱して再度
再生槽へ流通せしめる構造とする場合もある。

【０００６】

【作用】体積の数百倍ものガスを吸着し得る吸着剤を循
環させ、且つ回収した特定ガスを効率的に利用し得る管
路系統を持った構成によって、ガス流通系列を切替える
従来手段と比較して極小型の管路及び弁による構成を実
現するものである。

【０００７】

【実施例】以下、本発明によるガス分離回収装置の構成
を、火力発電所等において排ガスから特定ガスたる炭酸
ガス２６を分離回収する例に基づき詳細に説明する。

【０００８】本実施例は、吸着槽１、精製槽２、再生槽
３、貯槽５、計量槽６、減勢槽７の順で上下に配設した
６つの処理槽と、各処理槽間に介在し吸着剤２４を環状
に循環させる管路４とで構成し、化石燃料の燃焼により
生じる排ガスを原料ガス２５として流通する原料ガス系
統８、高純度の炭酸ガス２６が流通する炭酸ガス系統
９、吸着剤２４を圧送するためのオフガス２７が流通す
る圧送系統１０、各処理槽相互の気圧バランスをとるた
めの均圧系統１１からなるガス系統と、冷却手段（図示
省略）、ヒータ１２からなる温度調節手段と、真空ポン
プ１３からなる回収手段を付設したものである。

【０００９】吸着槽１は、前処理部１４を介して原料ガ
ス２５を給入する送入口を下部に備えると共に、炭酸ガ
ス２６が吸着された後に残るオフガス２７を排出するた
めの送出口と、減勢槽７へ連通する管路４ｆを上部に備
え、原料ガス２５を槽内へ均一に分散するための分散板
１５を吸着槽１内部の送入口の上方に設け、更に、精製
槽２の上部に設けた供給口へ連通する管路４ａを前記分
散板１５より配設したものである。

【００１０】原料ガス２５は前処理部１４を介すること
によって、原料ガス２５に含有する水分が取り除かれ、
同時に冷却される。吸着槽１内部へ原料ガス系統８の送
入口から流れ込んだ原料ガス２５は、吸着槽１の下部に
設けた分散板１５を介して槽内を均一に流れ、下方から
吸着剤２４を通過し、吸着剤２４及び吸着槽１を冷却す
る。この様に原料ガス２５は吸着槽１の下方より送入さ
れ、上方の送出口から排出されるようにされているの
で、吸着剤２４は常に下に位置するものから飽和してい
く。吸着層１に充填してある吸着剤２４すべてが飽和状
態となる前に、管路４ａの弁v1が一定時間開き、吸着槽
１内に存在する全吸着剤２４のうち下方の一部が管路４
ａを介して精製槽２へ自然落下する。又、それとほぼ同
じ時期に弁v7が一定時間開き、送出した吸着剤２４とほ
ぼ等しい量の未吸着状態の吸着剤２４が管路４ｆより補
充される。

【００１１】精製槽２は、前記炭酸ガス系統９から高濃
度の炭酸ガス２６を給入するための給入口を下部に備え
ると共に、炭酸ガス２６の給入によって吸着剤２４から
排出されたガスを前記吸着槽１の供給口へ排出する排出
口を上部に備え、高濃度の炭酸ガス２６を槽内へ均一に
分散するための分散板１６を精製槽２内部の給入口の上
方に設け、更に、再生槽３の上部に設けた供給口へ連通
する管路４ｂを前記分散板１６より配設したものであ
る。

【００１２】又、再生槽３は炭酸ガス系統９の一部であ
り、その上部にガス抜口を設けると共に下部にガス送り
口を設け、両者を連結する経路を設けることによって高
濃度の炭酸ガス２６が循環する熱循環路１８を構成し、
該炭酸ガス２６を槽内へ均一に分散するための分散板１
７を再生槽３内部のガス送り口の上方に設け、更に、貯
槽５の上部に設けた供給口へ連通する管路４ｃを前記分
散板１７より配設したものである。

【００１３】熱循環路１８は、前記ガス抜口より再生槽
３から抜き出した高濃度の炭酸ガス２６を循環ブロワー
１９とヒータ１２へ通し、再びガス送り口から再生槽３
へ送り込み、前記分散板１７を介して加熱されたガスを
再生槽３内に均一に流すことによって、再生槽３に充填
されている吸着剤２４及び再生槽３を加熱するものであ
る。又、前記ガス抜口は、真空ポンプ２０を備えるガス
抜路へも分岐し、前記ガス抜口から徐々に高濃度の炭酸
ガス２６を抜き、再生槽３内の気圧を下げるように施さ
れている。これは、再生槽３内部の吸着剤２４を加熱し
たり、再生槽３内の気圧を低下させたりすることによっ
て、飽和状態における吸着剤２４の単位体積当たりの炭
酸ガス吸着量が低下する現象を利用して、吸着剤２４に
吸着していた炭酸ガス２６を分離させようとするもので
ある。

【００１４】精製槽２へ吸着剤２４が供給されると、循
環ブロワー１９とヒータ１２が稼動を開始し、再生槽３
に充填してある吸着剤２４から炭酸ガス２６が分離放出
される。該吸着剤２４から放出された炭酸ガス２６は弁
v16 ，v13 を介して精製槽２へ供給され、吸着槽１から
供給された吸着済みの吸着剤２４を飽和させる。更に供
給を続けることによって、炭酸ガス２６より吸着優先順
位の低い窒素等が該吸着剤２４から分離し、優先順位が
高い炭酸ガス２６が吸着されることとなる。このような
濃縮或いは洗浄と呼ばれる過程を経て吸着剤２４から分
離したガスは弁v14 を介して吸着槽１の給入口へ排出さ
れ、再び吸着層１へ供給される。

【００１５】濃縮工程が終了すると弁v13 ，v16 が閉
じ、精製槽２への炭酸ガス２６の供給は停止するが、再
生槽３における吸着剤２４の加熱は引き続いて行われ、
再生槽３内の吸着剤２４から放出する炭酸ガス２６は弁
v15 を開いて真空ポンプ１３で引かれ、製品ガスとして
中間槽２０にて回収される。再生槽３内部の吸着剤２４
は徐々に吸着可能な状態に再生し、再生した吸着剤２４
は、前記管路４ｃの弁v3の開放によって貯槽５へ自然落
下する。弁v3が閉鎖すると弁v2が開き、炭酸ガス２６の
みを十分に吸着した吸着剤２４が精製槽２から再生槽３
へ自然落下する。精製槽２も前記の如く吸着槽１から吸
着剤２４が補填され、前記精製槽２と再生槽３における
工程が繰り返される。

【００１６】再生吸着剤２４が落下する貯槽５は、排出
する吸着剤２４の量を計るための計量手段（図示省略）
を有し、計量槽６の上部に設けた供給口へ連通する管路
４ｄを該貯槽５の下部より配設したものである。貯槽５
に蓄えられた吸着剤２４は滞留中に冷却され、所定のサ
イクル時間ごとに計量される。計量は重量を測定するこ
とで行われ、その都度管路４ｄの弁v4が開き一定重量の
吸着剤２４を計量槽６へ排出する。

【００１７】計量槽６は、前記圧送系統１０の圧縮ガス
排出口につながり、減勢槽７の供給口へ連通する管路４
ｅを配設したものである。圧送系統１０は、吸着槽１で
排出するオフガス２７の一部を圧縮機２１を介して圧送
タンク２２に充填し、所定のサイクル時間ごとに弁v12
を一定時間開いて圧縮ガスを計量槽６へ供給する。圧縮
ガスが供給される時、該計量槽６につながる全ての弁は
閉じており、圧縮ガスの供給によって計量槽６内の気圧
は一気に上昇する。そこで管路４ｅの弁v6を開くことに
よって、計量槽６内のオフガス２７は気圧の高い計量槽
６から気圧の低い減勢槽７へ向けて噴出し、計量槽６内
部の吸着剤２４はそのオフガス２７をキャリヤとして減
勢槽７へ搬送される。

【００１８】減勢槽７は、管路４ｅと管路４ｆの間に介
在する減圧槽で、圧縮ガスのみ排出するためのフィルタ
２３を内設し、吸着槽１の供給口へ連通する管路４ｆを
配設したものである。該減勢槽７は、その内径を管路４
ｅのそれと比較して十分大きく設定することによって、
減勢槽７内部に入った時点で圧縮ガスの勢いを減衰させ
ると共に、該減勢槽７の均圧口からフィルタ２５を介し
てオフガス２７を均圧系統１１へ排出し、内部の気圧を
減少させる。

【００１９】均圧系統１１は、吸着剤２４に吸着しにく
いオフガス２７が流通する経路であり、該均圧系統１１
に通じる均圧口は、吸着剤２４が循環する全ての槽に設
けてある。該均圧口は、吸着剤２４が移動する際に関与
する槽相互に生じる内圧のアンバランスを解消し、吸着
剤２４の循環を容易にするためのものであり、均圧系統
１１の弁v7，v8，v9，v10 ，v11 の内、吸着剤２４の移
動に関与する槽の弁を随時開放することによって、両槽
のガスが循環する経路を構成し、吸着剤２４の増加によ
って圧縮されるガスを、吸着剤２４が減少した槽へ送出
できるようにしたものである。

【００２０】以上、本装置が備える弁、圧縮機２１、真
空ポンプ２０、循環ブロアー１９、ヒータ１２、冷却手
段等は、いわゆるコンピュータシステムによって細かく
制御される。

【００２１】本実施例は以上の如く体積の数百倍の炭酸
ガス２６を吸着するといわれる吸着剤２４を循環させる
よう構成されており、比較的小規模な管路及び弁を用い
ることができるにもかかわらず、原料ガス組成：ＣＯ2
１５％，Ｎ2 ６７％，Ｏ2 １８％、原料ガス流量：２ｍ
3/ｈ、吸着剤：Ｘ型ゼオライト、循環量：１０ｋｇ/
ｈ、再生条件：１６０℃、５０トール下で測定したとこ
ろ、原料ガスからの炭酸ガスの除去率：９９％、回収し
た炭酸ガス濃度：９５％という従来の固定槽方式と同等
もしくはそれ以上の好結果が得られた。然かも、各槽を
吸着剤２４が循環する順序と等しく上下に列設したこと
によって、吸着剤２４を循環する際に重力による自由落
下を利用することができるという利点が有り、均圧系統
１１や、貯槽５、計量槽６、減勢槽７並びに圧送系統１
０を設けたことによって、吸着剤２４が循環経路の一部
で滞ることない効率的な循環が行われる。又、圧力差と
温度差とを併用して吸着、分離を行うと共に吸着剤２４
の加熱と冷却とを異なる処理槽において行えるので、炭
酸ガス回収効率が高い。

【００２２】尚、吸着剤２４の冷却は、吸着反応の発熱
による吸着量の低下を防ぐ意味もあり吸着槽１だけでは
なく、できれば精製槽２にも設けることが望ましい。図
３は吸着槽１及び精製槽２を一体の処理槽で構成した例
である。該槽の中間部に原料ガス２５を送り込むための
送入口を設けると共に下部に炭酸ガス２６を供給するた
めの供給口を設けることによって、原料ガス２５の送入
口を境とした上下に吸着槽１の機能を果たす領域と、精
製槽２の機能を果たす領域を構成したものである。冷却
手段及びヒータの設け方には、冷却或いは加熱されたガ
スを処理槽内へ送り込む方法以外に、各槽の内部に配管
を通し、配管の内部において冷却或いは加熱された液体
や気体を循環させる方法などが存在する。又、吸着剤２
４の循環に不可欠な搬送手段は、本実施例に用いた圧送
方式以外にもベルトコンベアー、バケットエレベータに
よる手段も可能であり、この方法は吸着剤２４の劣化抑
制や搬送動力の低減に効果が有る。

【００２３】本実施例における吸着剤は、炭酸ガス２６
を吸着する目的から無機質系吸着剤であるゼオライトを
使用したが、同等の効果を期待できるものとしてベント
ナイト或いはオーヤダイトも存在する。又、適宜吸着剤
２４を選択することで、他のガスを分離回収することも
可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上の如く本発明によるガス分離回収装
置を使用すれば、大規模に構成する場合においても、ガ
スの流れる系列を切替えるための大型弁が不要となり、
比較的小型の弁を用いた構成が可能となる。その際、弁
の開閉を速やかに行うことができると共に弁の気密性を
高くすることができ、それに伴って特定ガスの回収効率
が向上し、更に設備の製造コスト並びにランニングコス
トも低く抑えることができるなど顕著な実用効果が期待
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス分離回収装置の一構成例を示
す説明図である。

【図２】従来のガス分離回収装置の一例を示す説明図で
ある。

【図３】本発明によるガス分離回収装置の変形例を示す
要部説明図である。

【符号の説明】

１ 吸着槽 ２ 精製槽 ３ 再生槽 ４ 管路 ２４ 吸着剤 ２６ 炭酸ガス

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 混合ガス中の所定成分を無機質系吸着剤
   （２４）で選択的に吸着し、特定ガスのみを分離回収す
   る装置において、吸着剤（２４）に所定成分を吸着させ
   る吸着槽（１）と、吸着剤（２４）に吸着された所定成
   分中における特定ガス以外の成分を分離排出させる精製
   槽（２）と、吸着剤（２４）から特定ガスを回収すると
   共にその吸着剤（２４）を再度吸着に供するために再生
   する再生槽（３）とを、各々弁を設けた管路（４）を介
   して上下直列に配設することで吸着剤（２４）を循環さ
   せる循環経路を構成し、前記精製槽（２）での濃縮過程
   において、再生槽（３）にて回収した特定ガスを前記精
   製槽（２）へ流通せしめる特定ガス系統を具備すること
   を特徴とするガス分離回収装置。
2. 【請求項２】 混合ガス中の所定成分を無機質系吸着剤
   （２４）で選択的に吸着し、特定ガスのみを分離回収す
   る装置において、吸着剤（２４）に所定成分を吸着させ
   る吸着槽（１）と、吸着剤（２４）に吸着された所定成
   分中における特定ガス以外の成分を分離排出させる精製
   槽（２）と、吸着剤（２４）から特定ガスを回収すると
   共にその吸着剤（２４）を再度吸着に供するために再生
   する再生槽（３）とを、各々弁を設けた管路（４）を介
   して上下直列に配設することで吸着剤（２４）を循環さ
   せる循環経路を構成し、前記再生槽（３）での再生過程
   において、当該再生槽（３）にて回収した特定ガスを加
   熱して再度再生槽（３）へ流通せしめる特定ガス系統を
   具備することを特徴とするガス分離回収装置。