JP6322100B2 - 気体分離装置及び気体分離方法 - Google Patents
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Description
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離装置であって、水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置で生成された水和物に混合気体を接触させて該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集装置と、該気体捕集装置で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出装置とを有する気体分離装置において、
水和物生成装置は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成する冷却手段と、水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去する脱水手段とを有し、
気体捕集装置は、水和物生成装置から水溶液脱水除去後の水和物を受け入れる水和物受入口が上部にそして該水和物を排出する水和物排出口が下部に形成されていて、水和物受入口と水和物排出口との間で水和物の移動床を形成する捕集塔を有し、
上記捕集塔は、目的気体を含む混合気体が送入される送気口と、該混合気体が上記移動床の水和物と接触して該混合気体から目的気体が水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を有し、
気体放出装置は、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる放出手段を有していることを特徴とする気体分離装置。
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離方法であって、水和物を生成する水和物生成工程と、該水和物生成工程で生成された水和物に混合気体を接触させて該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集工程と、該気体捕集工程で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出工程とを有する気体分離方法において、
水和物生成工程は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成するとともに、水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し、
気体捕集工程は、水和物生成工程での水溶液脱水除去後の水和物を受け入れそして排出する捕集塔内で水和物の移動床を形成し、目的気体を含む混合気体を上記移動床の水和物に接触させて、該混合気体から目的気体を水和物に捕集させ、
気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させることを特徴とする気体分離方法。
水和物を生成するゲスト物質(水和物生成物)としては、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、第四級スルホニウム塩などを用いることができる。第四級アンモニウム塩としては、臭化テトラnブチルアンモニウム(TBAB)、臭化テトラisoペンチルアンモニウム(TiPAB)、臭化トリnブチルペンチルアンモニウム(TBPAB)、フッ化テトラnブチルアンモニウム(TBAF)、塩化テトラnブチルアンモニウム(TBACl)、ヨウ化テトラnブチルアンモニウム(TBAI)などのテトラアルキルアンモニウム塩などが代表的な例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。
水和物を生成する液体としての水和物生成物を含む水溶液としては、上記の水和物生成物を含む水溶液を用いることができる。また、水和物生成物を含む水溶液として、臭化テトラisoペンチルアンモニウム(TiPAB)の水溶液が好ましい。臭化テトラisoペンチルアンモニウムの調和融点は30℃であり、水溶液の濃度を調整して水和物生成温度を0〜30℃の範囲に調整することが容易であるからである。
混合気体から水和物により選択的に捕集し分離する目的気体としては、例えば、二酸化炭素、酸素、硫化水素、二酸化硫黄、メタンなどが挙げられる。
図1に示される本実施形態の気体分離装置は、水和物を用いて目的気体を含む混合気体から目的気体を分離するために、該目的気体が含まれない環境の下で水和物を生成する水和物生成装置1と、水和物生成装置1で生成された水和物に混合気体を接触させて水和物に目的気体を捕集させる気体捕集装置2と、目的気体を捕集した水和物から目的気体を放出させる気体放出装置3とを有している。上記気体放出装置3は、水和物が目的気体を放出後に液化した水溶液をポンプ4、冷却器5を経て水和物生成装置1へ帰還するように帰還路6で水和物生成装置1と接続されている。これらの各装置の詳細については、以下において、その工程と共に詳述する。
本実施形態における水和物生成装置1は、水和物生成物を含む水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造部1A、水和物スラリを脱水し固体状の水和物を得る脱水部1B、必要に応じて脱水した固体状の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕部1Cとを順に有している。
気体捕集装置2は、水和物により目的気体を捕集するための捕集塔2−1を有し、水和物生成装置1から水溶液脱水後の水和物又は粉砕後の水和物を受け入れる水和物受入口2Aが上記捕集塔2−1の上部に、そして水和物を排出する水和物排出口2Bが上記捕集塔2−1の下部に設けられている。捕集塔2−1内では、水和物受入口2Aで受け入れた水和物は移動床を形成して降下して水和物排出口2Bから排出される。
気体放出装置3は、目的気体を捕集した粉粒状水和物から目的気体を放出させる放出手段を有している。放出手段は、粉粒状水和物を加熱、減圧、あるいは減圧後に水和物融解温度より低い温度に加熱する手段として実現できる。
次に、図2にもとづき、本発明の第二実施形態を説明する。
図3に示される第三実施形態では、気体放出装置3の放出手段は、減圧手段3C−1と加熱手段3C−2の両方を備えた減圧加熱手段3Cとなっており、水和物を減圧手段3C−1で減圧した後に、加熱手段3C−2により水和物の融解温度より低い温度で水和物を加熱するようになっている。したがって、本実施形態でも、水和物は融解せず、水溶液を生じないで粉粒状の水和物のまま留まるので、目的気体放出後の水和物は、第二実施形態の場合と同様に、帰還路8によって気体捕集装置2へ帰還され目的気体の捕集に再利用される。その際、本実施形態では、水和物は上記放出手段としての加熱手段により昇温しているので、帰還路8に設けられた冷却器9によって加熱手段による昇温分だけ冷却される。本実施形態によると、第一実施形態における加熱手段に比べて加熱温度を低くすることができるため、加熱手段を小規模にできエネルギ消費が少なく、したがって、冷却器も小規模にできエネルギ消費が少なくすることができる。
2 気体捕集装置
3 気体放出装置
3A 放出手段(加熱手段)
3B 放出手段(減圧手段)
3C 放出手段(減圧加熱手段)
Claims (8)
- 目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離装置であって、水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置で生成された水和物に混合気体を接触させることで該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集装置と、該気体捕集装置で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出装置とを有する気体分離装置において、
水和物生成装置は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造手段と、水和物スラリを脱水し水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し固体状の水和物を得る脱水手段と、脱水した水溶液不存在の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕手段とを有し、
気体捕集装置は、水和物生成装置から水溶液脱水除去後の粉粒状水和物を受け入れる水和物受入口が上部にそして該粉粒状水和物を排出する水和物排出口が下部に形成されていて、水和物受入口と水和物排出口との間で粉粒状水和物が降下する移動床を形成する捕集塔を有し、
上記捕集塔は、目的気体を含む混合気体が送入される送気口を下部に、該混合気体から目的気体が粉粒状水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を上部に有し、上記移動床で降下移動する粉粒状水和物を上昇流通する混合気体と水溶液不存在の状態で直接に向流接触させて、粉粒状水和物に該混合気体から目的気体を選択的に吸収させ捕集させ、
気体放出装置は、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる放出手段を有している、
ことを特徴とする気体分離装置。 - 放出手段は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解する加熱装置であることとする請求項1に記載の気体分離装置。
- 放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧する減圧装置であることとする請求項1に記載の気体分離装置。
- 放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱する減圧加熱装置であることとする請求項1に記載の気体分離装置。
- 目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離方法であって、水和物を生成する水和物生成工程と、該水和物生成工程で生成された水和物に混合気体を接触させることで該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集工程と、該気体捕集工程で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出工程とを有する気体分離方法において、
水和物生成工程は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造工程と、水和物スラリを脱水し水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し固体状の水和物を得る脱水工程と、脱水した水溶液不存在の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕工程とを有し、
気体捕集工程は、水和物生成工程での水溶液脱水除去後の粉粒状水和物を捕集塔の上部に形成された水和物受入部から受け入れ、そして捕集塔の下部に形成された水和物排出口から該粉粒状水和物を排出して、水和物受入口と水和物排出口との間で粉粒状水和物が降下する移動床で粉粒状水和物を移動させ、
上記捕集塔は、さらに、目的気体を含む混合気体が送入される送気口を下部に、該混合気体から目的気体が粉粒状水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を上部に有していて、上記移動床で降下移動する粉粒状水和物を上昇流通する混合気体と水溶液不存在の状態で直接に向流接触させて、粉粒状水和物に該混合気体から目的気体を選択的に吸収させ捕集させ、
気体放出装置にて、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを気体放出装置に設けられた放出手段により加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる、
ことを特徴とする気体分離方法。 - 気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解して水和物から目的気体を放出させることとする請求項5に記載の気体分離方法。
- 気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧して水和物から目的気体を放出させることとする請求項5に記載の気体分離方法。
- 気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱して水和物から目的気体を放出させることとする請求項5に記載の気体分離方法。
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