JP6855525B2 - How to make carbon dioxide - Google Patents
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Description
本開示は、二酸化炭素の製造装置、及び二酸化炭素の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a carbon dioxide producing apparatus and a carbon dioxide producing method.
ボイラ等の燃焼設備から排出される排ガスから二酸化炭素を回収する技術が知られている。このような技術として、アミン水溶液等を用いた化学吸収法が利用されている。化学吸収法では、吸収塔においてアミン水溶液と混合ガスとを接触させて、アミン水溶液中に二酸化炭素を吸収させる。この二酸化炭素を吸収したアミン水溶液を、再生塔で加熱して二酸化炭素を放出させて、二酸化炭素とアミン水溶液とを分離する。このようにして、アミン水溶液を循環使用しながら、二酸化炭素を高濃度で含む二酸化炭素含有ガスが回収される。 A technique for recovering carbon dioxide from exhaust gas emitted from combustion equipment such as a boiler is known. As such a technique, a chemical absorption method using an aqueous amine solution or the like is used. In the chemical absorption method, the amine aqueous solution and the mixed gas are brought into contact with each other in the absorption tower to absorb carbon dioxide in the amine aqueous solution. The amine aqueous solution that has absorbed the carbon dioxide is heated in a regeneration tower to release carbon dioxide, and the carbon dioxide and the amine aqueous solution are separated. In this way, the carbon dioxide-containing gas containing a high concentration of carbon dioxide is recovered while circulating the amine aqueous solution.
このような方法で回収される二酸化炭素含有ガスには、燃料ガスの性状に応じて二酸化炭素以外の種々の微量成分(不純物)が含まれている。特許文献1では、再生塔の下流側に還元触媒が収容された還元処理装置と、活性炭が収容された吸着処理装置とを設けて、二酸化炭素含有ガスの不純物を低減することが提案されている。 The carbon dioxide-containing gas recovered by such a method contains various trace components (impurities) other than carbon dioxide depending on the properties of the fuel gas. Patent Document 1 proposes to reduce impurities in carbon dioxide-containing gas by providing a reduction treatment device containing a reduction catalyst and an adsorption treatment device containing activated carbon on the downstream side of the regeneration tower. ..
還元触媒、及び活性炭等の吸着材を用いて、不純物を低減する場合、定期的にこれらを交換することが必要となる。このうち、吸着材は、水分等を吸着する性質があるため、本来の性能を発揮するためには、吸着塔に充填した後に乾燥して水分を低減する作業を行う必要がある。この作業中には、その吸着塔が不純物の低減に使用できず、高純度の二酸化炭素の製造ができないため、できるだけ作業を短縮することが求められる。 When reducing impurities by using a reduction catalyst and an adsorbent such as activated carbon, it is necessary to replace them regularly. Of these, the adsorbent has the property of adsorbing water and the like, so in order to exhibit its original performance, it is necessary to perform work to reduce the water content by drying after filling the adsorption tower. During this work, the adsorption tower cannot be used to reduce impurities and high-purity carbon dioxide cannot be produced, so that the work is required to be shortened as much as possible.
そこで、本開示は、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供する。本開示は、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a method for producing carbon dioxide that can reduce the production loss of high-purity carbon dioxide. The present disclosure provides a carbon dioxide production apparatus capable of reducing the production loss of high-purity carbon dioxide.
本開示の一側面に係る二酸化炭素の製造方法は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に充填された吸着材を、原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスの一部を用いて乾燥する乾燥工程を有する。 The method for producing carbon dioxide according to one aspect of the present disclosure is a method for producing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers containing an adsorbent that adsorbs impurities of a raw material gas containing carbon dioxide, and adsorbs at least one of them. While continuing the production of carbon dioxide using the tower, the adsorbent filled in the adsorption tower different from the adsorption tower is dried using a part of the purified gas obtained by reducing impurities from the raw material gas. Has a drying process.
この製造方法では、吸着塔に充填された吸着材の乾燥に精製ガスを用いる。乾燥工程中も少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を並行して実施できることから、二酸化炭素の生産を停止する必要がない。したがって、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことができる。 In this production method, purified gas is used to dry the adsorbent filled in the adsorption tower. Since the production of carbon dioxide can be carried out in parallel using at least one adsorption tower during the drying process, it is not necessary to stop the production of carbon dioxide. Therefore, the production loss of high-purity carbon dioxide can be reduced.
上記乾燥工程では、上記精製ガスを加熱した後に当該精製ガスを吸着材が充填された吸着塔に供給することが好ましい。加熱した精製ガスを吸着塔に供給することによって、吸着材を速やかに乾燥することができる。したがって、乾燥工程を短縮することができる。 In the drying step, it is preferable to heat the purified gas and then supply the purified gas to an adsorption tower filled with an adsorbent. By supplying the heated purified gas to the adsorption tower, the adsorbent can be quickly dried. Therefore, the drying process can be shortened.
上記製造方法における複数の吸着塔は、原料ガスが順次流通するように接続された第1吸着塔と第2吸着塔とを有していてよい。この場合、上記製造方法は、第2吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、原料ガスの導入が停止された第1吸着塔の使用済み吸着材を取り出す停止工程と、未使用吸着材が充填された第1吸着塔に、第2吸着塔から導出される二酸化炭素の一部を精製ガスの一部として供給し未使用吸着材を乾燥する乾燥工程と、未使用吸着材を乾燥した後、第1吸着塔から二酸化炭素を得る運転開始工程と、を有することが好ましい。 The plurality of adsorption towers in the above manufacturing method may have a first adsorption tower and a second adsorption tower connected so that the raw material gas sequentially flows. In this case, the above-mentioned production method includes a stop step of taking out the used adsorbent of the first adsorption tower from which the introduction of the raw material gas is stopped while continuing the production of carbon dioxide in the second adsorption tower, and the unused adsorbent. A drying step of supplying a part of carbon dioxide derived from the second adsorption tower to the filled first adsorption tower as a part of the purified gas to dry the unused adsorbent, and after drying the unused adsorbent. , It is preferable to have an operation start step of obtaining carbon dioxide from the first adsorption tower.
上記製造方法では、第2吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、第1吸着塔の停止工程、乾燥工程及び運転開始工程を行う。このため、吸着材の交換中も、二酸化炭素の製造を円滑に継続することができる。 In the above manufacturing method, while continuing the production of carbon dioxide in the second adsorption tower, the stop step, the drying step, and the operation start step of the first adsorption tower are performed. Therefore, the production of carbon dioxide can be smoothly continued even during the replacement of the adsorbent.
上記製造方法において、上記精製ガスの大気圧下における露点を−20℃以下に維持することが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。 In the above production method, it is preferable to maintain the dew point of the refined gas under atmospheric pressure at −20 ° C. or lower. As a result, the condensation and solidification of water and the corrosion of each device by water and carbon dioxide can be suppressed, and the production of carbon dioxide can be further facilitated.
上記製造方法は、原料ガスの水分を低減する脱湿工程を有することが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑に継続することができる。 The above manufacturing method preferably has a dehumidifying step of reducing the water content of the raw material gas. As a result, the condensation and solidification of water and the corrosion of each device by water and carbon dioxide can be suppressed, and the production of carbon dioxide can be continued more smoothly.
上記乾燥工程では、精製ガスを吸着塔の下部から上部に向かって流通させることが好ましい。精製ガスよりも水蒸気の方が比重が小さいことから、このような方向で流通させることによって水蒸気の淀みが低減され、気化した水分を円滑に吸着塔から排出することができる。 In the drying step, it is preferable to distribute the purified gas from the lower part to the upper part of the adsorption tower. Since the specific gravity of water vapor is smaller than that of purified gas, the stagnation of water vapor is reduced by circulating in this direction, and the vaporized water can be smoothly discharged from the adsorption tower.
本開示の一側面に係る二酸化炭素の製造装置は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を備える二酸化炭素の製造装置であって、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスの一部を供給して、別の吸着塔に充填された吸着材を乾燥する供給部を備える。 The carbon dioxide producing apparatus according to one aspect of the present disclosure is a carbon dioxide producing apparatus including a plurality of adsorbents containing an adsorbent that adsorbs impurities of a raw material gas containing carbon dioxide, and adsorbs at least one of them. While continuing the production of carbon dioxide using the tower, a part of the purified gas obtained by reducing impurities from the raw material gas is supplied to an adsorption tower different from the adsorption tower, and the adsorption tower is filled with another adsorption tower. It is provided with a supply unit for drying the adsorbent.
この製造装置では、吸着材が充填された吸着塔に原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスを供給して吸着材を乾燥している。吸着材を乾燥している間も二酸化炭素の製造を並行して実施できることから、二酸化炭素の生産を停止する必要がない。したがって、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことができる。 In this manufacturing apparatus, the adsorbent is dried by supplying a purified gas obtained by reducing impurities from the raw material gas to the adsorbent tower filled with the adsorbent. Since the production of carbon dioxide can be carried out in parallel while the adsorbent is being dried, it is not necessary to stop the production of carbon dioxide. Therefore, the production loss of high-purity carbon dioxide can be reduced.
上記供給部は、別の吸着塔に供給される精製ガスを加熱する加熱部を有することが好ましい。加熱した精製ガスを吸着塔に供給することによって、吸着材を速やかに乾燥することができる。 The supply unit preferably has a heating unit that heats the purified gas supplied to another adsorption tower. By supplying the heated purified gas to the adsorption tower, the adsorbent can be quickly dried.
上記製造装置は、原料ガスの水分を低減する脱湿部を備えることが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。 The manufacturing apparatus preferably includes a dehumidifying portion that reduces the water content of the raw material gas. As a result, the condensation and solidification of water and the corrosion of each device by water and carbon dioxide can be suppressed, and the production of carbon dioxide can be further facilitated.
上記供給部は、吸着材の乾燥に用いられた精製ガスを吸着塔から排出する排出部よりも吸着塔の下部側に接続されることが好ましい。精製ガスよりも水蒸気の方が比重が小さいことから、供給物と排出部をこのような位置関係で接続することによって水蒸気の淀みが低減され、気化した水分を円滑に吸着塔から排出することができる。 It is preferable that the supply unit is connected to the lower side of the adsorption tower rather than the discharge unit that discharges the purified gas used for drying the adsorbent from the adsorption tower. Since the specific gravity of water vapor is smaller than that of purified gas, the stagnation of water vapor can be reduced by connecting the supply and the discharge part in such a positional relationship, and the vaporized water can be smoothly discharged from the adsorption tower. it can.
本開示によれば、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供することができる。また、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing carbon dioxide capable of reducing the production loss of high-purity carbon dioxide. Further, it is possible to provide a carbon dioxide production apparatus capable of reducing the production loss of high-purity carbon dioxide.
以下、場合により図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings in some cases. However, the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not intended to be limited to the following contents. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and duplicate description may be omitted in some cases.
一実施形態に係る二酸化炭素の製造方法は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、原料ガスから不純物を低減して原料ガスよりも二酸化炭素の純度が高い精製ガスを得る精製工程を有する。そして、所定のタイミングにおいて、この精製工程と並行して、少なくとも一つの吸着塔に未使用吸着材を充填した後、上記精製ガスの一部を用いて当該吸着材を乾燥する乾燥工程を有する。吸着塔は2つであってもよいし、3つ以上であってもよい。精製工程は、乾燥工程を行っている吸着塔とは別の吸着塔を用いて、乾燥工程中も継続して行うことができる。したがって、乾燥工程中も上記精製ガスの他部を用いて継続して製品規格を満足する二酸化炭素を生産することができる。本開示における「未使用吸着材」とは、精製工程に未だ用いられていない吸着材をいう。 The method for producing carbon dioxide according to one embodiment is a method for producing carbon dioxide using a plurality of adsorption towers containing an adsorbent that adsorbs impurities of a raw material gas containing carbon dioxide, and reduces impurities from the raw material gas. It has a purification step of obtaining a refined gas having a higher purity of carbon dioxide than the raw material gas. Then, at a predetermined timing, in parallel with this purification step, there is a drying step of filling at least one adsorption tower with an unused adsorbent and then drying the adsorbent using a part of the refined gas. The number of adsorption towers may be two or three or more. The purification step can be continuously performed even during the drying step by using an adsorption tower different from the adsorption tower on which the drying step is performed. Therefore, carbon dioxide satisfying the product standard can be continuously produced by using the other part of the refined gas even during the drying step. The "unused adsorbent" in the present disclosure means an adsorbent that has not yet been used in the purification process.
二酸化炭素を含む原料ガスは、特に限定されず、例えば、ボイラなどの燃焼ガス等が挙げられる。原料ガスは、二酸化炭素の他に、不純物を含んでいてよい。不純物の例としては、水、酸素、窒素、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、硫化水素及び炭化水素等が挙げられる。原料ガスにおける二酸化炭素の濃度は、例えば95体積%以上であってよく、98体積%以上であってもよい。 The raw material gas containing carbon dioxide is not particularly limited, and examples thereof include combustion gas such as a boiler. The raw material gas may contain impurities in addition to carbon dioxide. Examples of impurities include water, oxygen, nitrogen, sulfur oxides, nitrogen oxides, carbon monoxide, hydrogen sulfide, hydrocarbons and the like. The concentration of carbon dioxide in the raw material gas may be, for example, 95% by volume or more, or 98% by volume or more.
吸着材としては、市販の活性炭及びゼオライト等が挙げられる。コストの点で、吸着材は活性炭を含むことが好ましい。精製工程と乾燥工程は併行して行われる。乾燥工程では、吸着材を、精製工程で得られる精製ガスを用いて乾燥する。吸着材の乾燥には、乾燥される吸着材が充填された吸着塔とは別の吸着塔において不純物が低減された精製ガスが用いられる。精製ガスは、原料ガスよりも不純物の濃度が低減されたガスであり、本実施形態で製造される二酸化炭素であってよい。 Examples of the adsorbent include commercially available activated carbon and zeolite. In terms of cost, the adsorbent preferably contains activated carbon. The purification step and the drying step are performed in parallel. In the drying step, the adsorbent is dried using the purified gas obtained in the purification step. For drying the adsorbent, a purified gas having reduced impurities is used in an adsorbent tower different from the adsorbent tower filled with the adsorbent to be dried. The refined gas is a gas having a lower concentration of impurities than the raw material gas, and may be carbon dioxide produced in the present embodiment.
吸着材を乾燥するための精製ガスは、当該吸着材が収容されている吸着塔の下部から供給することが好ましい。吸着材から脱離した水分を含む乾燥ガスは、吸着塔の上部から排出されることが好ましい。これによって、精製ガスが吸着塔の下部から上部に向かって流通することとなる。このような流通方向とすることによって、気化した水分が円滑に吸着塔の外部に排出される。 The purified gas for drying the adsorbent is preferably supplied from the lower part of the adsorption tower in which the adsorbent is housed. The dry gas containing water desorbed from the adsorbent is preferably discharged from the upper part of the adsorption tower. As a result, the purified gas flows from the lower part to the upper part of the adsorption tower. With such a distribution direction, the vaporized water is smoothly discharged to the outside of the adsorption tower.
乾燥に用いられる精製ガスの温度は、吸着材を速やかに乾燥させる観点から、好ましくは110℃以上であり、より好ましくは120℃以上である。活性炭の発火防止の観点及びエネルギー効率の観点から、乾燥に用いられる精製ガスの温度は、好ましくは200℃以下であり、より好ましくは160℃以下であり、さらに好ましくは140℃以下である。 The temperature of the purified gas used for drying is preferably 110 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, from the viewpoint of quickly drying the adsorbent. From the viewpoint of preventing ignition of activated carbon and energy efficiency, the temperature of the refined gas used for drying is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower, and further preferably 140 ° C. or lower.
乾燥に用いられる精製ガスの圧力は、例えば、大気圧〜1MPaであってよい。乾燥工程における精製ガスの空間速度は10〜50h−1であってよい。乾燥工程の時間は、例えば24〜48時間であってよい。乾燥工程の終了の判断は、例えば、吸着材を乾燥した吸着塔から導出される乾燥ガスの温度又は露点に基づいて行うことができる。これによって、乾燥工程後の精製工程において、二酸化炭素に混入する水分が低く維持されることとなり、水分の凝縮、並びに水及び炭酸ガスによる機器の腐食等を十分に抑制することができる。乾燥ガスの温度が、例えば100℃以上、好ましくは110℃以上、より好ましくは120℃以上になったときに、乾燥工程を終了する。 The pressure of the purified gas used for drying may be, for example, atmospheric pressure to 1 MPa. The space velocity of the purified gas in the drying step may be 10 to 50 h-1. The time of the drying step may be, for example, 24-48 hours. The determination of the end of the drying step can be made based on, for example, the temperature or dew point of the drying gas derived from the adsorption tower in which the adsorbent is dried. As a result, in the refining step after the drying step, the water content mixed in the carbon dioxide is kept low, and the condensation of the water content and the corrosion of the equipment due to the water and carbon dioxide gas can be sufficiently suppressed. The drying step is terminated when the temperature of the drying gas reaches, for example, 100 ° C. or higher, preferably 110 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher.
吸着材の乾燥が終了した吸着塔は、続いて、原料ガスに含まれる不純物を低減して精製ガスを得る精製工程を行ってよい。精製工程は、複数の吸着塔を用いて行ってよい。精製ガスの大気圧下における露点は、例えば−20℃以下、好ましくは−30℃以下、より好ましくは−40℃以下に維持されることが好ましい。これによって、二酸化炭素に混入する水分が低く維持されることとなり、水分の凝縮、並びに、水及び炭酸ガスによる機器の腐食等を十分に抑制することができる。 The adsorption tower after the drying of the adsorbent may be subsequently subjected to a purification step of reducing impurities contained in the raw material gas to obtain a refined gas. The purification step may be carried out using a plurality of adsorption towers. The dew point of the purified gas under atmospheric pressure is preferably maintained at, for example, −20 ° C. or lower, preferably −30 ° C. or lower, and more preferably −40 ° C. or lower. As a result, the amount of water mixed in carbon dioxide is kept low, and the condensation of water and the corrosion of equipment due to water and carbon dioxide can be sufficiently suppressed.
精製工程によって得られる精製ガスを、本実施形態で製造される二酸化炭素とすることができる。本実施形態で製造される二酸化炭素の純度は、例えば99.5体積%以上であってよく、99.9体積%以上であってよい。ただし、その純度に制限はなく、原料ガスよりも二酸化炭素の純度が高ければよい。したがって、不純物を含んでいてもよい。なお、本開示における「体積%」は、標準状態(0℃、1atm)における体積比率である。 The refined gas obtained in the purification step can be carbon dioxide produced in the present embodiment. The purity of carbon dioxide produced in the present embodiment may be, for example, 99.5% by volume or more, and may be 99.9% by volume or more. However, the purity is not limited, and it is sufficient that the purity of carbon dioxide is higher than that of the raw material gas. Therefore, it may contain impurities. In addition, "volume%" in this disclosure is a volume ratio in a standard state (0 ° C., 1 atm).
精製工程で得られる二酸化炭素を液化する液化工程を行ってもよい。すなわち、本実施形態の製造方法では、ガス状の二酸化炭素を製造してもよいし、液状の二酸化炭素を製造してもよい。精製ガスの露点を十分に低くすることによって、液化工程を行っても水分の固化を十分に抑制することできる。 A liquefaction step of liquefying carbon dioxide obtained in the purification step may be performed. That is, in the production method of the present embodiment, gaseous carbon dioxide may be produced, or liquid carbon dioxide may be produced. By sufficiently lowering the dew point of the purified gas, solidification of water can be sufficiently suppressed even if the liquefaction step is performed.
例えば、窒素ガス又はアルゴンガス等の二酸化炭素以外の不活性ガスを用いて吸着塔に収容された未使用吸着材を乾燥する場合、未使用吸着材を乾燥した後に、吸着塔内をガス置換する必要がある。これに対し、本実施形態の製造方法では、乾燥工程における未使用吸着材の乾燥に精製ガスを用いる。このため、不活性ガスの消費を低減することができる。 For example, when the unused adsorbent contained in the adsorption tower is dried using an inert gas other than carbon dioxide such as nitrogen gas or argon gas, the inside of the adsorption tower is replaced with gas after the unused adsorbent is dried. There is a need. On the other hand, in the production method of the present embodiment, purified gas is used for drying the unused adsorbent in the drying step. Therefore, the consumption of the inert gas can be reduced.
一実施形態に係る二酸化炭素の製造装置は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を備え、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に、原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスを供給してこの別の吸着塔に充填された吸着材を乾燥する供給部と、吸着材の乾燥に用いられた精製ガス(乾燥ガス)を吸着塔から排出する排出部とを備える。このような製造装置を用いて上述の二酸化炭素の製造方法を行ってもよい。上述の製造方法の説明内容は、本実施形態の二酸化炭素の製造装置にも適用することができる。 The carbon dioxide production apparatus according to one embodiment includes a plurality of adsorption towers containing an adsorbent that adsorbs impurities of a raw material gas containing carbon dioxide, and continues to produce carbon dioxide using at least one adsorption tower. At the same time, a supply unit that supplies a purified gas obtained by reducing impurities from the raw material gas to an adsorption tower different from the adsorption tower to dry the adsorbent filled in the other adsorption tower, and an adsorbent. It is provided with a discharge unit that discharges the purified gas (dry gas) used for drying the gas from the adsorption tower. The above-mentioned method for producing carbon dioxide may be carried out using such a production apparatus. The above description of the production method can also be applied to the carbon dioxide production apparatus of the present embodiment.
供給部は、吸着塔から導出される二酸化炭素の一部を精製ガスとして上記別の吸着塔に供給してもよい。供給部は、例えば、精製ガスを流通させる配管、及び、精製ガスを加熱する加熱部を備える。加熱部を備えることによって、未使用吸着材を一層速やかに乾燥することができる。加熱部は、例えば熱源としてスチーム又は熱油を用いる熱交換器であってよい。排出部は、例えば、吸着材の乾燥によって得られた乾燥ガスを流通させる配管を備える。供給部は、吸着塔の下部に接続され、排出部は吸着塔の上部に接続されることが好ましい。これによって、吸着材の乾燥が、吸着塔内を上昇する精製ガス(乾燥ガス)によって行われることとなり、吸着材の水分の低減を円滑に行うことができる。 The supply unit may supply a part of carbon dioxide derived from the adsorption tower as a purified gas to the other adsorption tower. The supply unit includes, for example, a pipe for circulating the refined gas and a heating unit for heating the refined gas. By providing the heating portion, the unused adsorbent can be dried more quickly. The heating unit may be, for example, a heat exchanger that uses steam or hot oil as a heat source. The discharge unit includes, for example, a pipe for circulating the dry gas obtained by drying the adsorbent. It is preferable that the supply unit is connected to the lower part of the adsorption tower and the discharge unit is connected to the upper part of the adsorption tower. As a result, the adsorbent is dried by the purified gas (dry gas) rising in the adsorption tower, and the water content of the adsorbent can be smoothly reduced.
二酸化炭素の製造装置は、複数の吸着塔の上流側に脱湿部を備えていてよい。脱湿部は、原料ガスに含まれる水分を低減する機能を有する。脱湿部を備えることによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。 The carbon dioxide production apparatus may be provided with a dehumidifying portion on the upstream side of the plurality of adsorption towers. The dehumidifying portion has a function of reducing the water content contained in the raw material gas. By providing the dehumidifying portion, it is possible to suppress the condensation and solidification of water and the corrosion of each device by water and carbon dioxide gas, and further facilitate the production of carbon dioxide.
二酸化炭素の製造装置は、吸着塔の下流側に二酸化炭素を液化又は固化する後処理部を備えていてもよい。後処理部は、二酸化炭素の温度及び圧力を調節する機能を有しており、例えば、圧縮機及び冷却機等を備える。 The carbon dioxide producing apparatus may include a post-treatment unit for liquefying or solidifying carbon dioxide on the downstream side of the adsorption tower. The post-treatment unit has a function of adjusting the temperature and pressure of carbon dioxide, and includes, for example, a compressor and a cooler.
本実施形態に係る二酸化炭素の製造方法及び製造装置の一例として、第1吸着塔と第2吸着塔の2つの吸着塔を備える例を以下に説明する。 As an example of the carbon dioxide production method and the production apparatus according to the present embodiment, an example including two adsorption towers, a first adsorption tower and a second adsorption tower, will be described below.
図1(A)、図1(B)、図2(A)、図2(B)、図3(A)及び図3(B)は、二酸化炭素の製造方法の一部の工程を説明するための図である。この例では、複数の吸着塔10として原料ガスが順次流通するように接続された第1吸着塔11と第2吸着塔12とを有する二酸化炭素の製造装置を用いる。
1 (A), 1 (B), 2 (A), 2 (B), 3 (A) and 3 (B) describe a part of the steps of the method for producing carbon dioxide. It is a figure for. In this example, a carbon dioxide production apparatus having a
図1(A)では、原料ガスが第1吸着塔11と第2吸着塔12とを順次流通し、精製ガスが得られる(図1(A)中の点線フロー)。第1吸着塔11と第2吸着塔12には吸着材21,22がそれぞれ収容されている。原料ガスに含まれる二酸化炭素以外の不純物は、吸着材21,22に吸着される。第2吸着塔12の底部12bに連結された配管より精製ガスが導出される。このようにして精製工程が行われる。この精製ガスは、そのまま二酸化炭素ガスとしてもよいし、冷却部で冷却して液体二酸化炭素としてもよいし、さらにその後にドライアイスとしてもよい。得られた二酸化炭素は、例えばタンク等に導入され、保管されてもよい。
In FIG. 1 (A), the raw material gas sequentially flows through the
図1(B)では、第1吸着塔11への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第2吸着塔12に導入する。第2吸着塔12への原料ガスの導入と第2吸着塔12から精製ガス(二酸化炭素)の導出を継続しながら(図1(B)中の破線フロー)、第1吸着塔11に収容されていた使用済み吸着材を取り出す(停止工程)。取り出し後、第1吸着塔11に未使用吸着材を収容する。このような活性炭の交換は、定期的に行ってもよいし、第1吸着塔11から導出される精製ガスの不純物濃度が上昇したときに行ってもよい。
In FIG. 1B, the introduction of the raw material gas into the
図2(A)では、第2吸着塔12の底部12bから導出される精製ガス(二酸化炭素)の一部を加熱部30に導入して加熱する。熱源は、図に示すようにスチームであってもよいし、熱油であってもよい。加熱部30で所定の温度範囲に加熱された精製ガスは、配管31を流通して、第1吸着塔11の底部11bから第1吸着塔11内に供給される。ここで、加熱部30及び配管31は精製ガスの供給部を構成する。
In FIG. 2A, a part of the purified gas (carbon dioxide) derived from the
供給部から第1吸着塔11に供給された精製ガスは、第1吸着塔11内を上昇しながら未使用吸着材と接触し、未使用吸着材の水分を低減する。この水分を含む精製ガス(乾燥ガス)は、第1吸着塔11の頂部11aに接続された配管41(排出部)を流通し、例えば大気中に排出される(図2(A)中の点線フロー)。この乾燥工程の間も、第2吸着塔12の底部12bから導出される精製ガスを二酸化炭素として継続して製造することができる(図2(A)中の破線フロー)。
The purified gas supplied from the supply unit to the
未使用吸着材の乾燥が終了したら、第1吸着塔11において精製ガスの生産を開始する(運転開始工程)。乾燥の終了は、例えば、第1吸着塔11の頂部11aから導出される乾燥ガスの温度又は露点で判定してよい。例えば、乾燥ガスの温度が100℃以下、好ましくは110℃以上、より好ましくは120℃以上になったら、第1吸着塔11の底部11bからの加熱された精製ガスの供給を停止する。そして、第2吸着塔12の底部12bから導出される精製ガスを、第1吸着塔11の頂部11aから導入する(図2(B))。第1吸着塔11に収容された未使用吸着材21による不純物の吸着が開始される。第1吸着塔11の底部11bから得られる精製ガスを二酸化炭素として得ることができる。
When the drying of the unused adsorbent is completed, the production of the purified gas is started in the first adsorption tower 11 (operation start step). The end of drying may be determined, for example, by the temperature or dew point of the drying gas derived from the top 11a of the
図2(B)は、第1吸着塔11の運転開始工程後の精製工程を示している。この精製工程では、原料ガスが、第2吸着塔12及び第1吸着塔11をこの順に流通し、精製ガスが得られる(図2(B)中の点線)。なお、第1吸着塔11の乾燥工程の後に、第1吸着塔11の運転開始工程を開始するタイミングに特に制限はなく、乾燥工程後、第1吸着塔11は暫く休止してもよい。図2(B)のフローで精製工程を行うと、上流側にある第2吸着塔12の吸着材22の吸着能力が徐々に低下してくる。例えば、第2吸着塔12から導出される精製ガスの不純物濃度が上昇したら、以下の手順で第2吸着塔12の吸着材22の交換を行う。
FIG. 2B shows a purification step after the operation start step of the
図3(A)に示すように、第2吸着塔12への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第1吸着塔11に導入する。第1吸着塔11への原料ガスの導入と第1吸着塔11からの精製ガスの導出(二酸化炭素の製造)を継続しながら(図3(A)中の破線フロー)、第2吸着塔12に収容されていた使用済み吸着材を取り出す(停止工程)。取り出し後、第2吸着塔12に未使用吸着材を収容する。
As shown in FIG. 3A, the introduction of the raw material gas into the
図3(B)に示すように、第2吸着塔12に未使用吸着材を収容した後、第1吸着塔11の底部11bから導出される精製ガス(二酸化炭素)の一部を加熱部30に導入して加熱する。加熱部30で所定温度以上に加熱された精製ガスは、配管32を流通して、第2吸着塔12の底部12bから第2吸着塔12内に供給される。ここで、加熱部30及び配管32は精製ガスの供給部を構成する。
As shown in FIG. 3B, after the unused adsorbent is housed in the
供給部から第2吸着塔12に供給された精製ガスは、第2吸着塔12内を上昇しながら未使用吸着材と接触し、未使用吸着材の水分を低減する。この水分を含む精製ガス(乾燥ガス)は、第2吸着塔12の頂部12aに接続された配管42(排出部)を流通し、例えば大気中に排出される(図3(B)中の点線)。この乾燥工程の間も、第1吸着塔11の底部11bから導出される精製ガスを二酸化炭素として継続して製造することができる(図3(B)中の破線フロー)。
The purified gas supplied from the supply unit to the
第2吸着塔12に収容された未使用吸着材の乾燥が終了したら、第2吸着塔12において精製ガスの生産を開始する(運転開始工程)。乾燥の終了は、例えば、第2吸着塔12の頂部12aから導出される乾燥ガスの温度又は露点で判定してよい。乾燥が終了したら、第2吸着塔12の底部12bからの加熱された精製ガスの供給を停止する。そして、図1(A)に示すように、第1吸着塔11の底部11bから導出される精製ガスを、第2吸着塔12の頂部12aから導入する。このようにして、第2吸着塔12に収容された未使用吸着材22による不純物の吸着が開始される。第2吸着塔12の底部12bから得られる精製ガスは二酸化炭素として利用することができる。このように図1〜図3の手順を繰り返して行うことで、吸着材の交換の際における二酸化炭素のロスが低減され、純度の高い二酸化炭素の製造量を十分増やすことができる。
When the drying of the unused adsorbent contained in the
図4は、二酸化炭素の製造装置の別の例を示す模式図である。図4の製造装置は、ボイラ等の排ガスから二酸化炭素を製造する装置である。この製造装置は、脱硫塔50、吸収塔60、再生塔80、圧縮機90、脱湿部95及び吸着塔10を備える。排ガスは、脱硫塔50に導入される。脱硫塔50は、例えば、排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する。脱硫塔50には例えばアルカリ水溶液が供給される。脱硫塔50において排ガスとアルカリ水溶液とが気液接触してアルカリ水溶液に硫黄酸化物が吸収される。アルカリ水溶液の例としては、炭酸カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及びアンモニア水などが挙げられる。
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the carbon dioxide production apparatus. The manufacturing apparatus of FIG. 4 is an apparatus for producing carbon dioxide from exhaust gas such as a boiler. This manufacturing apparatus includes a
脱硫塔50を通過した排ガスは、吸収塔60に供給される。吸収塔60及び再生塔80では、化学吸収法によって排ガスから二酸化炭素を回収する。吸収塔60は、ボイラ等で生じた排ガスと、二酸化炭素を吸収する吸収液とを接触させて、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる。
The exhaust gas that has passed through the
吸収塔60には、その上部に接続された流路84から吸収液が供給される。吸収液は、二酸化炭素を吸収する液体であり、例えばアミン水溶液である。アミン水溶液としては、例えば、MEA(モノエタノールアミン)、EAE(エチルアミノエタノール)、IPAE(イソプロパアミノエタノール)、及びTMDAH(テトラメチルジアミノヘキサン)等の水溶液が挙げられる。
The absorption liquid is supplied to the
吸収塔60では、吸収液が降下するとともに原料ガスが上昇する。これによって、吸収液と原料ガスが向流接触して、原料ガスに含まれる二酸化炭素が吸収液に吸収される。吸収液による二酸化炭素の吸収量は温度に依存する。このため、吸収塔60内の温度を制御することによって、吸収液による二酸化炭素の吸収量を調整することができる。
In the
吸収塔60内において、吸収液は排ガスと気液接触しながら降下して、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収する(吸収工程)。二酸化炭素が低減又は除去されたガス(オフガス)は、吸収塔60の塔頂部から排出され洗浄塔65に導入される。洗浄塔65には、図示しない流路によって水が供給される。洗浄塔65では、ガスと水とを接触させることによって、ガスに含まれる微量成分が除去される。洗浄塔65で洗浄されたガスは、大気に放出されてもよいし、含有成分に応じて種々の用途に用いられてもよい。
In the
吸収塔60内の温度は、例えば吸収液の種類に応じて設定することが可能であり、例えば30〜40℃である。吸収塔60内の圧力は例えば0〜1.0MPaである。
The temperature inside the
吸収塔60で二酸化炭素を吸収した吸収液(リッチ液)は、吸収塔60の塔底部に溜められ、当該塔底部に接続された流路62によって、吸収塔60から30〜40℃で排出される。吸収塔60から排出される吸収液は、ポンプを経由して熱交換器70に導入される。ここで、再生塔80から流路83によって排出される吸収液(リーン液)と熱交換して例えば80〜90℃に加熱される。熱交換器70で加熱された吸収液は、流路64を流通して再生塔80に導入される。流路64は、再生塔80の上部に接続されている。
The absorption liquid (rich liquid) that has absorbed carbon dioxide in the
再生塔80に導入された二酸化炭素を吸収した吸収液(リッチ液)は、再生塔80内を流下する。その際に、吸収液(リッチ液)から二酸化炭素が分離され、吸収液が再生される。再生塔80内を流下した吸収液は、再生塔80内の塔底部又は塔底部付近に設けられたトレイ(不図示)上に滞留する。再生塔80の外部には、再生塔80の塔底部又は塔底部付近に滞留する吸収液を加熱するリボイラー81が設けられている。トレイ上に滞留した吸収液は、リボイラー81に導入され、熱媒(例えば水蒸気)と熱交換して、例えば80〜130℃に加熱される。リボイラー81で加熱された吸収液は再生塔80内に戻る。
The absorption liquid (rich liquid) that has absorbed carbon dioxide introduced into the
再生塔80の塔底部には、二酸化炭素が低減された吸収液(リーン液)を再生塔80から排出する流路83が接続されている。吸収液(リーン液)は、流路83を流通して熱交換器70に導入され、吸収塔60からの吸収液(リッチ液)との熱交換によって冷却される。その後、熱交換器70で冷却された吸収液(リーン液)は、流路84を流通してクーラー82に導入され、例えば30〜40℃に冷却される。その後、吸収液(リーン液)は、吸収塔60の上部に供給される。このように、吸収液は吸収塔60と再生塔80との間を循環しながら使用される。
A
再生塔80において、吸収液から分離された二酸化炭素及び不純物を含むガスは、再生塔80内を上昇し、吸着塔10の原料ガスとして、再生塔80の塔頂から導出される。原料ガスは、例えば85〜95℃の温度で再生塔80の塔頂部から導出され、熱交換器に導入され、例えば水との熱交換で30〜50℃に冷却される。冷却によって生じた凝縮液は、再生塔80でリフラックスとして用いられる。
In the
熱交換器で冷却された原料ガスは圧縮機90に導入され、例えば0.8〜1MPaに昇圧される。圧縮機90で昇圧した原料ガスは、脱湿部95に導入される。脱湿部95は、例えば活性アルミナ又はゼオライト等の脱湿材を有している。原料ガスを上述の圧力範囲で脱湿部95に導入することによって、原料ガス中の水分を効率よく低減することができる。脱湿部95において、原料ガスから水分を除去し、露点を例えば−40℃以下に調整する。これによって、下流側において、水分の凝縮及び固化を抑制することができる。また、水及び炭酸ガスによる腐食を十分に抑制することができる。
The raw material gas cooled by the heat exchanger is introduced into the
脱湿部95において脱湿された原料ガスは、吸着材が収容された吸着塔10に導入される。吸着塔10は、図1〜図3に示すような2つの吸着塔を備える構成であってもよいし、別の構成であってもよい。図4に示すような二酸化炭素の製造装置であれば、二酸化炭素を含む排ガスから高純度の二酸化炭素の製造量を円滑に増やすことができる。
The raw material gas dehumidified in the
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、吸着塔10よりも上流側に、還元触媒が収容された触媒塔を備えていてもよい。触媒塔の場合、原料ガスが、水素雰囲気下で還元触媒と接触することで、原料ガスに含まれる不純物が低減され、二酸化炭素の純度をさらに向上することができる。触媒塔で用いられる還元触媒としては、公知の脱酸素触媒を使用できる。例えば、担体に貴金属を担持させた触媒が挙げられる。担体の例としては、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムが挙げられる。貴金属の例としては、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの合金が挙げられる。担体及び貴金属は、上述の一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせてもよい。上述の製造装置又は製造方法で製造される二酸化炭素は臭気が低減されていることから、例えば飲料又は食料の用途にも好適に用いることができる。
Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, a catalyst tower containing a reduction catalyst may be provided on the upstream side of the
実施例を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 The contents of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
(実施例1)
図1(A)に示す運転状態にある二酸化炭素の製造装置において、使用済み活性炭の交換を行った。交換は、図1(B)のとおりに行った。すなわち、第1吸着塔11への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第2吸着塔12に導入した。第2吸着塔12で二酸化炭素の製造を継続しながら、第1吸着塔11に収容されていた使用済み活性炭を取り出した。取り出し後、第1吸着塔11に未使用活性炭を収容した。
(Example 1)
The used activated carbon was replaced in the carbon dioxide production apparatus in the operating state shown in FIG. 1 (A). The exchange was performed as shown in FIG. 1 (B). That is, the introduction of the raw material gas into the
次に、未使用活性炭の乾燥を、図2(A)のとおりに行った。すなわち、第2吸着塔12の底部12bから導出される二酸化炭素の一部(全量の約20体積%)を精製ガスとして加熱部30に導入して加熱した。熱源にはスチームを用いた。加熱部30で120〜130℃に加熱した精製ガスを、第1吸着塔11の底部11bから第1吸着塔11内に供給した。図2(A)に示す工程(フロー)を開始した時点から、第1吸着塔11の下部及び上部の温度と露点をモニターした。
Next, the unused activated carbon was dried as shown in FIG. 2 (A). That is, a part of carbon dioxide (about 20% by volume of the total amount) derived from the bottom 12b of the
工程開始直後は、吸着材の蒸発潜熱のため、温度に大きな変化はなかった。しかし、吸着材の乾燥の進行に伴って、まずは第1吸着塔11の下部の温度が上昇し、それに追随して上部の温度が上昇した。上部の温度が120℃近辺まで上昇し、露点が−40℃に到達した時点を、吸着材の乾燥の終了と判定した。図2(A)に示す工程(フロー)を開始した時点から、吸着材の乾燥が終了するまでに所要した時間は、約24時間であった。また、吸着材の乾燥を行っている間も、二酸化炭素の純度は99.9体積%以上であり、且つ露点の製品規格を満足する二酸化炭素の製造を継続して行うことができた。
Immediately after the start of the process, there was no significant change in temperature due to the latent heat of vaporization of the adsorbent. However, as the drying of the adsorbent progressed, the temperature of the lower part of the
(比較例1)
実施例1と同様にして使用済み活性炭の交換を行った後、未使用活性炭の乾燥を、図2(A)のフローではなく、図2(B)のフローで行った場合の二酸化炭素の生産ロスをシミュレーションした。すなわち、第2吸着塔12で得られた精製ガスの全部を、第1吸着塔11に導入し、当該精製ガスを用いて未使用活性炭の乾燥を行う前提とした。乾燥開始後は、第1吸着塔11から導出される二酸化炭素の露点が高く製品規格を満足できないため、製品とすることができず、大気に放散する必要がある。露点が製品規格を満たすまで、数日から1週間を所要する。その間、二酸化炭素を製造することができない。また、二酸化炭素の放散量は、実施例1に比べて約15倍に増加し、生産ロスが増加する。
(Comparative Example 1)
Production of carbon dioxide when the used activated carbon is replaced in the same manner as in Example 1 and then the unused activated carbon is dried by the flow of FIG. 2 (B) instead of the flow of FIG. 2 (A). The loss was simulated. That is, it was premised that all of the refined gas obtained in the
本開示によれば、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供することができる。また、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing carbon dioxide capable of reducing the production loss of high-purity carbon dioxide. Further, it is possible to provide a carbon dioxide production apparatus capable of reducing the production loss of high-purity carbon dioxide.
10…吸着塔、11…第1吸着塔、11a,12a…頂部、11b,12b…底部、12…第2吸着塔、21,22…吸着材、30…加熱部、31,32,41,42…配管、50…脱硫塔、60…吸収塔、62,64,83,84…流路、65…洗浄塔、70…熱交換器、80…再生塔、81…リボイラー、82…クーラー、90…圧縮機、95…脱湿部。 10 ... Adsorption tower, 11 ... First adsorption tower, 11a, 12a ... Top, 11b, 12b ... Bottom, 12 ... Second adsorption tower, 21,22 ... Adsorbent, 30 ... Heating part, 31, 32, 41, 42 ... piping, 50 ... desulfurization tower, 60 ... absorption tower, 62, 64, 83, 84 ... flow path, 65 ... cleaning tower, 70 ... heat exchanger, 80 ... regeneration tower, 81 ... reboiler, 82 ... cooler, 90 ... Compressor, 95 ... Dehumidifying part.
Claims (6)
前記複数の吸着塔は、第1吸着塔と第2吸着塔とを有し、
前記第2吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、前記原料ガスの導入が停止された前記第1吸着塔の使用済み吸着材を取り出す停止工程と、
未使用吸着材が充填された前記第1吸着塔に、前記第2吸着塔から導出される精製ガスの一部を供給し前記未使用吸着材を乾燥する乾燥工程と、
前記未使用吸着材を乾燥した後、前記第1吸着塔から二酸化炭素を得る運転開始工程と、を有し、
前記運転開始工程では、未使用吸着材の乾燥の終了を第1吸着塔から導出される乾燥ガスの温度又は露点で判定する、二酸化炭素の製造方法。 A method for producing carbon dioxide, which comprises a plurality of adsorption towers in which an adsorbent that adsorbs impurities of a raw material gas containing carbon dioxide is accommodated and connected so that the raw material gas is sequentially distributed.
The plurality of adsorption towers have a first adsorption tower and a second adsorption tower.
While continuing the production of carbon dioxide in the second adsorption tower, a stop step of taking out the used adsorbent of the first adsorption tower in which the introduction of the raw material gas is stopped, and
Unused adsorbent is filled the first adsorption tower, and Drying step you drying part test sheet above unused adsorbent purified gas derived from the second adsorption tower,
After drying the unused adsorbent, have a, and operation start obtaining carbon dioxide from the first adsorption tower,
Wherein in the operation start step, determining the end of the drying unused adsorbent at a temperature or dew point of the drying gas derived from the first adsorption tower, the production method of carbon dioxide.
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