JP5059063B2 - 炭酸ガス中の不純物除去方法 - Google Patents
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Description
本発明の各実施形態に係る炭酸ガス中の不純物の除去装置(以下、単に不純物除去装置と称する。)について説明するに先立ち、図5を参照しながら従来の炭酸ガス中の不純物の除去装置について簡単に説明し、本発明の目的とするところを明らかにする。
従来の不純物除去装置10は、例えば図5に示したように、液体炭酸精留塔11と、精留塔リボイラ13と、液体炭酸過冷却器15と、精留塔頂液化器17と、精留塔頂気液分離機19と、塔頂パージガス加熱器21と、圧力調節弁23と、を備える。また、不純物除去装置10には、冷凍装置25が設けられている。
<不純物除去装置について>
続いて、図1および図2を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る不純物除去装置について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る不純物除去装置100を説明するための説明図であり、図2は、本実施形態に係る冷凍装置について説明するための説明図である。
塔底パージ液体炭酸蒸発器117は、液体炭酸精留塔101の塔底部から抜き出された高沸点系不純物を気化させて炭酸ガスとし、さらに常温まで加熱する。常温まで加熱された高沸点系不純物を含む炭酸ガスは、所定の箇所まで誘導され、フレア処理される。
続いて、本実施形態に係る不純物除去装置100が実施する不純物の除去方法について、詳細に説明する。
以下、本実施形態に係る不純物除去装置100が実施する不純物の除去方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る不純物の除去方法は、粗炭酸ガスに含まれる高沸点系不純物を除去する工程と、高沸点系不純物の除去された炭酸ガスから低沸点系不純物を除去する工程と、を主に備える。
以下では、本発明の第2の実施形態に係る不純物除去装置および不純物の除去方法について、詳細に説明する。
続いて、本発明の第2の実施形態に係る不純物除去装置および不純物の除去方法について、詳細に説明する。
まず、図3および図4を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る不純物除去装置について、詳細に説明する。図3および図4は、本実施形態に係る不純物除去装置を説明するための説明図である。
なお、本実施形態に係る不純物の除去方法は、液体炭酸精留塔101の上流側に設けた精留塔前液化器151により粗炭酸ガスを全凝縮し、粗炭酸ガスに含まれる高融点の高沸点系不純物を一部除去した液体炭酸を液体炭酸精留塔101に供給する点、ならびに、精留塔頂気液分離器107から排出されたほぼ純粋な炭酸ガスを用いて、高融点の高沸点系不純物が析出した精留塔前液化器151を再生する点以外は、本発明の第1の実施形態に係る不純物の除去方法と同様である。よって、本実施形態に係る不純物の除去方法に関する詳細な説明は省略する。
[粗炭酸ガスについて]
天然ガスを化学吸収法で処理して得られた副生ガスである炭酸ガスリッチガスを、粗炭酸ガスとし、この粗炭酸ガスの流量および組成を以下のように設定した。以下では、粗炭酸ガスの流量を、モル流量(表1−a)と質量流量(表1−b)の双方で示している。この設定値は、実際の粗炭酸ガスの組成に基づくものである。なお、粗炭酸ガスの温度は20℃とし、圧力は2.3MPaGとした。
精留塔前液化器151の操作条件として、精留塔前液化器151の出側において、−15℃、2.3MPaGであるとし、精留塔液化器151内で全凝縮されるとした。
このようなシミュレーションの結果、以下の表2〜表4で示すような値が得られた。表2は、塔頂パージガス加熱器111の下流側におけるガスの流量および組成であり、表3は、塔底パージ液体炭酸蒸発器117の下流側におけるガスの流量および組成である。また、表4は、製品液体炭酸の流量および組成である。
第2のガス流を、流量比で8%とした以外は実施例1と同様にして、シミュレーションを行った。製品液体炭酸の流量・組成について、得られた結果を表5に示す。
第2のガス流を、流量比で10%とした以外は実施例1と同様にして、シミュレーションを行った。製品液体炭酸の流量・組成について、得られた結果を表6に示す。
図5に示した従来の不純物除去装置10について、実施例1と同様にしてシミュレーションを行った。製品液体炭酸の流量・組成について、得られた結果を表7に示す。
101 液体炭酸精留塔
103 精留塔リボイラ
105 精留塔頂液化器
107 精留塔頂気液分離器
109 液体炭酸過冷却器
111 塔頂パージガス加熱器
113 圧力調節弁
115 パージライン
117 塔底パージ液体炭酸蒸発器
121 冷凍装置
123 冷媒圧縮機
125 冷凍機油分離器
127 冷媒凝縮機
129 冷媒液受液器
151 精留塔前液化器
Claims (9)
- 粗炭酸ガスに含まれる、炭酸ガスよりも沸点が高い不純物である高沸点系不純物および炭酸ガスよりも沸点が低い不純物である低沸点系不純物を、前記粗炭酸ガスから除去する方法であって、
前記高沸点系不純物および前記低沸点系不純物を含む前記粗炭酸ガスを、液体炭酸精留塔に供給し、前記液体炭酸精留塔中で前記粗炭酸ガスの供給量のうち所定量を塔頂に導き、前記高沸点系不純物を含む液体炭酸を、前記液体炭酸精留塔底から系外に排出することで、前記粗炭酸ガスに含まれる前記高沸点系不純物を除去する工程と、
前記塔頂から排出された炭酸ガスを、相対的に流量の大きな第1の炭酸ガス流と、相対的に流量の小さな第2の炭酸ガス流とに分流し、前記第1の炭酸ガス流を精留塔頂液化器に導いて全凝縮して液体炭酸とし、当該液体炭酸を精留塔頂気液分離器に導くとともに、前記第2の炭酸ガス流を混合して再フラッシュにより前記精留塔頂気液分離器で液体炭酸中の低沸点系不純物を分離することで、前記粗炭酸ガスに含まれる低沸点系不純物を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、炭酸ガス中の不純物の除去方法。 - 前記高沸点系不純物を除去する工程では、前記高沸点系不純物および前記低沸点系不純物を含む前記粗炭酸ガスを、複数の精留塔前液化器の何れか一つに供給して前記塔頂の温度よりも低い温度まで冷却し、前記粗炭酸ガスに含まれる前記液体炭酸精留塔における塔頂温度よりも融点が高い高融点の前記高沸点系不純物を固化させ、前記高融点の高沸点系不純物が一部除去された前記粗炭酸ガスを前記液体炭酸精留塔に供給し、
前記高融点の高沸点系不純物が閉塞した時点で前記粗炭酸ガスが供給されている精留塔前液化器に換えて他の前記精留塔前液化器を稼働させ、前記精留塔頂気液分離器から排出され常温まで加熱された炭酸ガスを、前記高融点の高沸点系不純物が閉塞した精留塔前液化器に供給し、高融点の高沸点系不純物を蒸発・昇華させて除去することを特徴とする、請求項1に記載の炭酸ガス中の不純物の除去方法。 - 前記液体炭酸精留塔の塔頂に追い上げる前記高沸点系不純物を含む液体炭酸のガスは、還流として液体炭酸精留塔頂部に戻す分を差し引いて前記粗炭酸ガスの供給量の95%以上97%以下である
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の炭酸ガス中の不純物の除去方法。 - 前記第1の炭酸ガス流は、前記塔頂から排出された炭酸ガスの流量の90〜99%であり、
前記第2の炭酸ガス流は、前記塔頂から排出された炭酸ガスの流量の1〜10%である
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の炭酸ガス中の不純物の除去方法。 - 前記低沸点系不純物は、C1〜C4のアルカン、C2〜C4のアルケンおよびC2〜C4のアルキンであり、
前記高融点の高沸点系不純物は、C6以上の芳香族炭化水素である
ことを特徴とする、請求項2に記載の炭酸ガス中の不純物の除去方法。 - 粗炭酸ガスに含まれる、炭酸ガスよりも沸点が高い不純物である高沸点系不純物および炭酸ガスよりも沸点が低い不純物である低沸点系不純物を、前記粗炭酸ガスから除去する装置であって、
前記粗炭酸ガスが供給され、前記粗炭酸ガスに含まれる前記低沸点系不純物を塔頂に導くとともに、前記高沸点系不純物を塔底に濃縮させる液体炭酸精留塔と、
前記液体炭酸精留塔の塔頂から排出された前記低沸点系不純物を含む炭酸ガスの一部を全凝縮して液体炭酸にする精留塔頂液化器と、
前記精留塔頂液化器により液化された液体炭酸と、前記液体炭酸精留塔の塔頂から排出された前記低沸点系不純物を含む炭酸ガスの残部とを混合し、再フラッシュにより前記低沸点系不純物を分離除去する精留塔頂気液分離器と、
前記液体炭酸精留塔の底部から、濃縮された前記高沸点系不純物を系外に排出するパージラインと、
を備えることを特徴とする、炭酸ガス中の不純物の除去装置。 - 前記液体炭酸精留塔に供給される前記粗炭酸ガスを冷却して、当該粗炭酸ガスに含まれる前記液体炭酸精留塔における塔頂温度よりも融点が高い高融点の前記高沸点系不純物を固化させ、前記粗炭酸ガスから前記高融点の高沸点系不純物を一部除去する複数の精留塔前液化器を更に備え、
前記精留塔前液化器に供給される前記粗炭酸ガスは、当該粗炭酸ガスが供給されている前記精留塔前液化器が前記高融点の高沸点系不純物によって閉塞した時点で、他の前記精留塔前液化器に供給され、
前記精留塔前液化器に析出した前記高融点の高沸点系不純物は、前記精留塔頂気液分離器から排出され常温まで加熱された炭酸ガスにより蒸発・昇華される
ことを特徴とする、請求項6に記載の炭酸ガス中の不純物の除去装置。 - 前記精留塔頂液化器に供給される炭酸ガスは、前記塔頂から排出された炭酸ガスの流量の90〜99%であり、
前記精留塔頂気液分離器に供給される炭酸ガスは、前記塔頂から排出された炭酸ガスの流量の1〜10%である
ことを特徴とする、請求項6または7に記載の炭酸ガス中の不純物の除去装置。 - 前記低沸点系不純物は、C1〜C4のアルカン、C2〜C4のアルケンおよびC2〜C4のアルキンであり、
前記高融点の高沸点系不純物は、C6以上の芳香族炭化水素である
ことを特徴とする、請求項7に記載の炭酸ガス中の不純物の除去装置。
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