JP7372131B2 - 二酸化炭素回収装置および方法 - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
本発明は、炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置および方法に関するものである。
近年わが国では、水素社会を実現するため、水素発生装置の開発が進められている。このような水素発生装置からは二酸化炭素が排出されるが、世界的に二酸化炭素の削減が求められている。そこで、水素発生装置から排出される二酸化炭素を回収する方法の開発も同時に進められている。
水素発生装置から二酸化炭素を分離して回収する方法としては、化学吸収法、膜分離法、圧力変動吸着法等が用いられている。上記化学吸収法は、アミン水溶液等の吸収剤に二酸化炭素を化学的に反応させ、加熱再生することで二酸化炭素を脱離させて回収する。上記膜分離法は、分離膜を利用して二酸化炭素を選択的に分離して回収する。上記圧力変動吸着法は、圧力による吸着剤への吸着量差を利用して二酸化炭素を分離して回収する。
このような技術に関する先行技術文献として、出願人は下記の特許文献１～４を把握している。
上記特許文献１は、炭化水素を水蒸気改質させた際の排気ガスから、二酸化炭素を膜分離によって回収する技術に関するものである。
上記特許文献１には、つぎの記載がある。
〔０００１〕
本発明は、二酸化炭素分離回収装置を伴う水素分離型水素製造システム、すなわち二酸化炭素分離回収装置を備える水素分離型水素製造システムに関する。
〔００４３〕
二酸化炭素濃度富化装置Ｆは、二酸化炭素を選択的に透過する二酸化炭素分離膜を備え、水分吸着塔Ｅでの水分離後のオフガス中の二酸化炭素を選択的に透過し、７０～９０％であった二酸化炭素の濃度を９０％以上に高める。二酸化炭素分離膜としては、二酸化炭素をそのように高濃度化できる二酸化炭素分離膜であればいずれも使用できるが、その例としてはゼオライト系二酸化炭素分離膜、もしくは高分子膜などを用いることができる。二酸化炭素濃度富化装置Ｆを透過しないガスは、導管１６を介して気液分離槽Ｇからの分離済みオフガスに合流させる。
上記特許文献１には、つぎの記載がある。
〔０００１〕
本発明は、二酸化炭素分離回収装置を伴う水素分離型水素製造システム、すなわち二酸化炭素分離回収装置を備える水素分離型水素製造システムに関する。
〔００４３〕
二酸化炭素濃度富化装置Ｆは、二酸化炭素を選択的に透過する二酸化炭素分離膜を備え、水分吸着塔Ｅでの水分離後のオフガス中の二酸化炭素を選択的に透過し、７０～９０％であった二酸化炭素の濃度を９０％以上に高める。二酸化炭素分離膜としては、二酸化炭素をそのように高濃度化できる二酸化炭素分離膜であればいずれも使用できるが、その例としてはゼオライト系二酸化炭素分離膜、もしくは高分子膜などを用いることができる。二酸化炭素濃度富化装置Ｆを透過しないガスは、導管１６を介して気液分離槽Ｇからの分離済みオフガスに合流させる。
上記特許文献２は、オートサーマル方式の水素精製装置における、Ｈ２精製部（Ｈ２－ＰＳＡ）の排気ガス中の二酸化炭素を、圧力変動吸着法であるＣＯ２－ＰＳＡによって取り除き、ＣＯ２－ＰＳＡの排気ガスを水蒸気改質反応の原料として再利用する技術に関するものである。特許文献２では、ＣＯ２－ＰＳＡの排気ガスにはＣＨ４やＨ２の可燃性ガスが含まれており、水蒸気改質反応の原料とすることで、原料・燃料ガスを減量する。
上記特許文献２には、つぎの記載がある。
〔００５０〕
＜オフガスＰＳＡ装置＞
図１及び図２のオフガスＰＳＡ装置３は、水素ＰＳＡ装置２より排出されるオフガスＣを貯蔵するオフガスタンク１４と、オフガスタンク１４より供給されるオフガスＣから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂと、オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂにより二酸化炭素が除去されたＣＯ２除去オフガスＤを改質器等に供給するオフガス利用ライン３０３とを主に備える。また、オフガスＰＳＡ装置３は、オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂを用いて二酸化炭素が除去されたＣＯ２除去オフガスＤを一時貯蔵するＣＯ２除去オフガス用バッファタンク１６を備える。上記オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂには、二酸化炭素を吸着するオフガス用吸着剤及び水分を吸着する水分除去吸着剤が充填されている。
上記特許文献２には、つぎの記載がある。
〔００５０〕
＜オフガスＰＳＡ装置＞
図１及び図２のオフガスＰＳＡ装置３は、水素ＰＳＡ装置２より排出されるオフガスＣを貯蔵するオフガスタンク１４と、オフガスタンク１４より供給されるオフガスＣから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂと、オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂにより二酸化炭素が除去されたＣＯ２除去オフガスＤを改質器等に供給するオフガス利用ライン３０３とを主に備える。また、オフガスＰＳＡ装置３は、オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂを用いて二酸化炭素が除去されたＣＯ２除去オフガスＤを一時貯蔵するＣＯ２除去オフガス用バッファタンク１６を備える。上記オフガス用吸着塔１５ａ，１５ｂには、二酸化炭素を吸着するオフガス用吸着剤及び水分を吸着する水分除去吸着剤が充填されている。
上記特許文献３は、特許文献２と同じくＨ２－ＰＳＡの排ガスから圧力変動吸着法によって二酸化炭素を回収する技術に関するものである。特許文献３は、回収した二酸化炭素を液化精製することで、排ガスを商品として利用するようにしている。
上記特許文献３には、つぎの記載がある。
〔公報第４頁左欄第３１～３７行〕
水素パージガスはドライヤー（図示せず）で乾燥し、コンプレッサー４４の中で適当な圧力、たとえば約２５乃至９０ｐｓｉａ、好ましくは約５０ｐｓｉａまで圧縮し、管路４６に移行させ、後述する再循環原料とともに管路５０を経て二酸化炭素ＰＳＡ装置４８に導入する。典型的には、二酸化炭素ＰＳＡ装置４８は２乃至３個の吸着剤床を含むが、さらに多い数の床を用いることができる。
〔公報第４頁右欄第１０～１５行〕
ＰＳＡ装置４８から管路５２を経て取り出される二酸化炭素製品ストリームを多段コンプレッサー６２及び６４で約２２０乃至４００ｐｓｉａの圧力に圧縮する。多段コンプレッサー、コンプレッサーの中間点から製品の流れの一部を取り出して、加圧下で管路６６に戻すことを示すために、２つの別個の装置６２および６４として表してある。
〔公報第５頁左欄第８～２２行〕
均圧タンク１４８への流入が生じた後、弁１５０と１５２のうちの適当な弁を開いて再循環パージを管路６６から床内に入れる。再循環高二酸化炭素ストリームを、二酸化炭素ＰＳＡ装置４８の原料圧力よりも高い圧力下にあるように、コンプレッサー６２／６４の中間点から取り出す。高度のプロセスコントロールのほかに、この特異な工程によって与えられる顕著な利点は、この工程が二酸化炭素よりも吸着力の劣るガス混合物中の成分、すなわち水素、一酸化炭素及びメタンを床から駆逐して、それらのガスをより強く吸着される二酸化炭素で置換えるということである。このことは同時に、吸着力の劣る物質をより完全に置換するので、最終的な製品の純度を著しく高める。置換されたガス混合物は弁１４４と１４６のうちの適当な弁、及び弁１６６を通じて放出させ、管路５４に流して再循環させる。
上記特許文献３には、つぎの記載がある。
〔公報第４頁左欄第３１～３７行〕
水素パージガスはドライヤー（図示せず）で乾燥し、コンプレッサー４４の中で適当な圧力、たとえば約２５乃至９０ｐｓｉａ、好ましくは約５０ｐｓｉａまで圧縮し、管路４６に移行させ、後述する再循環原料とともに管路５０を経て二酸化炭素ＰＳＡ装置４８に導入する。典型的には、二酸化炭素ＰＳＡ装置４８は２乃至３個の吸着剤床を含むが、さらに多い数の床を用いることができる。
〔公報第４頁右欄第１０～１５行〕
ＰＳＡ装置４８から管路５２を経て取り出される二酸化炭素製品ストリームを多段コンプレッサー６２及び６４で約２２０乃至４００ｐｓｉａの圧力に圧縮する。多段コンプレッサー、コンプレッサーの中間点から製品の流れの一部を取り出して、加圧下で管路６６に戻すことを示すために、２つの別個の装置６２および６４として表してある。
〔公報第５頁左欄第８～２２行〕
均圧タンク１４８への流入が生じた後、弁１５０と１５２のうちの適当な弁を開いて再循環パージを管路６６から床内に入れる。再循環高二酸化炭素ストリームを、二酸化炭素ＰＳＡ装置４８の原料圧力よりも高い圧力下にあるように、コンプレッサー６２／６４の中間点から取り出す。高度のプロセスコントロールのほかに、この特異な工程によって与えられる顕著な利点は、この工程が二酸化炭素よりも吸着力の劣るガス混合物中の成分、すなわち水素、一酸化炭素及びメタンを床から駆逐して、それらのガスをより強く吸着される二酸化炭素で置換えるということである。このことは同時に、吸着力の劣る物質をより完全に置換するので、最終的な製品の純度を著しく高める。置換されたガス混合物は弁１４４と１４６のうちの適当な弁、及び弁１６６を通じて放出させ、管路５４に流して再循環させる。
上記特許文献４は、水素製造システムにおけるＣＯ２ガスからＣＯを低減する方法を開示する。具体的には、水素製造装置→Ｈ２ＰＳＡ装置→ＣＯ２ＰＳＡ装置→ＣＯ除去装置→ＣＯ２液化装置の工程が開示される。
上記特許文献４の〔図１〕〔図２〕には、４塔編成のＰＳＡ装置が記載されている。
上記特許文献４の〔図１〕〔図２〕には、４塔編成のＰＳＡ装置が記載されている。
上記特許文献１は、改質器の排気ガスから二酸化炭素を分離膜によって回収している。しかしながら、膜分離装置でＣＯ２を濃縮する前に、水分吸着塔で水分を除去する必要がある。このため、工程数と設備点数が多くなるという問題がある。
上記特許文献２は、ＣＯ２－ＰＳＡを２塔の吸着塔を用いて運転している。ＣＯ２－ＰＳＡの前段に、圧縮機のような昇圧機構を有しない。したがって、吸着工程における塔内圧力が低い（下限値で０．０５～０．０８ＭＰａＧ程度である）。このため、充分な吸着性能が得られず、二酸化炭素の回収率が低い（現実には８０％程度である）という問題がある。
上記特許文献３は、水蒸気改質後のＨ２－ＰＳＡの排ガスから、ＣＯ２－ＰＳＡによって二酸化炭素を回収している。しかしながら、回収するＣＯ２の純度を上げるために、パージ工程を採用している。つまり、ＰＳＡ装置４８から管路５２を経て取り出した二酸化炭素製品ストリームを、多段コンプレッサー６２及び６４で圧縮し、上記多段コンプレッサー６２及び６４の中間点から製品の流れの一部を取り出して、加圧下で管路６６に戻すことが行われる。上記パージ工程は、コンプレッサー（圧縮機）を必要とし、消費エネルギーが大きいという問題がある。
上記特許文献４は、４塔編成のＰＳＡ装置を開示するものであり、ＣＯ２ＰＳＡ装置において、前段の圧縮工程や、パージ工程について言及はされていない。
〔目的〕
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、つぎの目的をもってなされたものである。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収するときに、パージ工程を行わずに回収効率を向上する二酸化炭素回収装置および方法を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、つぎの目的をもってなされたものである。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収するときに、パージ工程を行わずに回収効率を向上する二酸化炭素回収装置および方法を提供する。
請求項１記載の二酸化炭素回収装置は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を備え、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段を有し、
上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮手段の上流において合流している。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を備え、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段を有し、
上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮手段の上流において合流している。
請求項２記載の二酸化炭素回収装置は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
請求項３記載の二酸化炭素回収装置は、請求項１または２記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記吸着容器が４つである。
上記吸着容器が４つである。
請求項４記載の二酸化炭素回収方法は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を用い、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有し、
上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器に戻すためのパージ工程を有しない。
炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を用い、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有し、
上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器に戻すためのパージ工程を有しない。
請求項５記載の二酸化炭素回収方法は、請求項４記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
請求項６記載の二酸化炭素回収方法は、請求項４または５記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記吸着容器が４つである。
上記吸着容器が４つである。
請求項１記載の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素の回収を行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を備え、炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置は、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程を、複数の吸着容器において交番的に行う。上記吸着工程は、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する。上記均圧工程は、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する。上記降圧工程は、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる。上記回収工程は、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する。
本発明の二酸化炭素回収装置は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段を有している。したがって、吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。また、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮手段の上流において合流している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器にふたたび導入してリサイクルすることにより、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置は、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程を、複数の吸着容器において交番的に行う。上記吸着工程は、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する。上記均圧工程は、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する。上記降圧工程は、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる。上記回収工程は、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する。
本発明の二酸化炭素回収装置は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段を有している。したがって、吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。また、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮手段の上流において合流している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器にふたたび導入してリサイクルすることにより、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
請求項２記載の二酸化炭素回収装置は、上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
請求項３記載の二酸化炭素回収装置は、上記吸着容器が４つである。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
請求項４記載の二酸化炭素回収方法は、二酸化炭素の回収を行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を用い、炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置は、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程を、複数の吸着容器において交番的に行う。上記吸着工程は、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する。上記均圧工程は、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する。上記降圧工程は、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる。上記回収工程は、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する。
本発明の二酸化炭素回収方法は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有している。かつ、本発明の二酸化炭素回収装置は、上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器に戻すためのパージ工程を有しない。
本発明の二酸化炭素回収方法は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有している。したがって、吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。また、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮工程を行う圧縮機の上流において合流している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器にふたたび導入してリサイクルすることにより、上記吸着工程で二酸化炭素を吸着する吸着材の負荷を抑えることができる。また、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置は、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程を、複数の吸着容器において交番的に行う。上記吸着工程は、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する。上記均圧工程は、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する。上記降圧工程は、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる。上記回収工程は、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する。
本発明の二酸化炭素回収方法は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有している。かつ、本発明の二酸化炭素回収装置は、上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器に戻すためのパージ工程を有しない。
本発明の二酸化炭素回収方法は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有している。したがって、吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。また、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮工程を行う圧縮機の上流において合流している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器にふたたび導入してリサイクルすることにより、上記吸着工程で二酸化炭素を吸着する吸着材の負荷を抑えることができる。また、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
請求項５記載の二酸化炭素回収方法は、上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
請求項６記載の二酸化炭素回収方法は、上記吸着容器が４つである。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
〔全体構成〕
図１は本発明の一実施形態の二酸化炭素回収装置を示す図であり、図示したものは全体構成の一例である。この装置により、本発明の二酸化炭素回収方法を実現する。
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置１０のオフガスから二酸化炭素を回収するものである。
図１は本発明の一実施形態の二酸化炭素回収装置を示す図であり、図示したものは全体構成の一例である。この装置により、本発明の二酸化炭素回収方法を実現する。
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置１０のオフガスから二酸化炭素を回収するものである。
〔水素製造装置１０〕
上記水素製造装置１０は、炭化水素を改質して水素ガスを得るものであり、改質器１１と水素ＰＶＳＡ装置１２を備えている。
上記水素製造装置１０は、炭化水素を改質して水素ガスを得るものであり、改質器１１と水素ＰＶＳＡ装置１２を備えている。
上記改質器１１は、炭化水素を改質して水素リッチな改質ガスを生成する。
上記炭化水素としては、メタン，エタン，プロパン，ブタン等のような飽和炭化水素だけでなく、天然ガス，ガソリン，ナフサ，灯油等のその他化石燃料、バイオガス等の炭化水素を主成分とするガスや、メタノール等のアルコール等を使用することができる。以下の説明では、上記炭化水素として天然ガスを使用した例を説明する。
上記炭化水素としては、メタン，エタン，プロパン，ブタン等のような飽和炭化水素だけでなく、天然ガス，ガソリン，ナフサ，灯油等のその他化石燃料、バイオガス等の炭化水素を主成分とするガスや、メタノール等のアルコール等を使用することができる。以下の説明では、上記炭化水素として天然ガスを使用した例を説明する。
上記改質器１１ではたとえば、上記天然ガスを水蒸気とともに改質触媒と接触させて改質反応を行う。上記改質触媒には、たとえばＲｈ触媒を使用することができる。
上記改質器１１には、図示しない圧縮機によって圧縮された天然ガスがＮＧ導入路１３Ａより導入される。上記改質器１１内での改質反応によって、水素と二酸化炭素を主成分とする改質ガスが得られる。上記改質ガスは、改質ガス路１１Ｃによって上記水素ＰＶＳＡ装置１２に導入される。
上記水素ＰＶＳＡ装置１２は、圧力変動吸着法により、上記改質ガス中の二酸化炭素を吸着材に吸着し、製品水素を得るものである。製品水素は、製品水素供給路１２Ａによって水素利用設備に供給される。上記吸着材から離脱された二酸化炭素を含むオフガスは、図示しない真空ポンプで吸引されてオフガス路１２Ｂから排出され、上記二酸化炭素回収装置２０に供給される。上記二酸化炭素回収装置２０において、上記オフガス中の二酸化炭素が回収される。
〔二酸化炭素回収装置２０〕
上記二酸化炭素回収装置２０は、上記オフガス中の二酸化炭素を回収するものであり、ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１、オフガス圧縮機２２を備えている。
上記二酸化炭素回収装置２０は、上記オフガス中の二酸化炭素を回収するものであり、ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１、オフガス圧縮機２２を備えている。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１は、圧力変動吸着法により、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着材に吸着して回収するものである。上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１の詳細は後述する。
上記水素製造装置１０から排出されるオフガスが、オフガス圧縮機２２によって圧縮されて上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１に導入される。上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１で回収された二酸化炭素は、後述する真空ポンプ２３で吸引されて吐出ホルダ２４内に一時的に貯留される。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１で二酸化炭素が回収された残部のガスは、メタンや水素等の可燃成分を含んでおり、燃料オフガスとして燃料オフガス路２７Ａを介して上記改質器１１に送られ、燃料ガスとして利用される。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１は、後述するように、降圧工程で排出したガスを吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルするためのリサイクル手段を構成するリサイクル路２８をさらに有している。上記リサイクル路２８は、オフガス圧縮機２２の上流に合流している。
上記のようにして回収され、吐出ホルダ２４内に一時的に貯留された二酸化炭素は、各種の用途に利用することができる。
〔ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１〕
図２は、ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１を示す。上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１は、複数の吸着容器１（この例では４つ：第１吸着容器３１，第２吸着容器４１，第３吸着容器５１，第４吸着容器６１）を備えている。以下、第１～第４吸着容器を個別に示すときは「３１、４１、５１、６１」の符号を付して説明し、吸着容器を総論的に示すときは「１」の符号を付して説明する。
図２は、ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１を示す。上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１は、複数の吸着容器１（この例では４つ：第１吸着容器３１，第２吸着容器４１，第３吸着容器５１，第４吸着容器６１）を備えている。以下、第１～第４吸着容器を個別に示すときは「３１、４１、５１、６１」の符号を付して説明し、吸着容器を総論的に示すときは「１」の符号を付して説明する。
上記吸着容器１にはそれぞれ、二酸化炭素を優先的に吸着する吸着材が充填されている。上記吸着材として具体的には、たとえば活性アルミナ、ゼオライト、活性炭等を用いることができる。
〔工程の説明〕
上記吸着容器１では、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程、復圧工程が行われる。上記吸着工程、上記均圧工程、上記降圧工程、上記回収工程、上記復圧工程は、第１吸着容器３１，第２吸着容器４１，第３吸着容器５１，第４吸着容器６１において、交番的に行われる。
上記吸着容器１では、吸着工程、均圧工程、降圧工程、回収工程、復圧工程が行われる。上記吸着工程、上記均圧工程、上記降圧工程、上記回収工程、上記復圧工程は、第１吸着容器３１，第２吸着容器４１，第３吸着容器５１，第４吸着容器６１において、交番的に行われる。
上記吸着工程は、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する。つまり、水素製造装置１０から排出されたオフガスをオフガス圧縮機２２で圧縮して吸着容器１に導入する。吸着容器１内では、加圧状態の上記オフガス中の二酸化炭素が上記吸着材に吸着される。吸着工程をある程度の時間行うと、吸着材の吸着能力が低下してくるので、後述する均圧工程および降圧工程ののちに回収工程を行い、吸着材に吸着された二酸化炭素を吸着材から離脱させて回収する。上記吸着工程における吸着容器１内の圧力は、０．１０～０．３０ＭＰａＧ程度に設定するのが好ましい。
上記均圧工程は、上記吸着工程後の吸着容器１と他の吸着容器１との間でガスを移動させて均圧する。つまり、吸着工程が終了した直後の吸着容器１内は加圧状態であるため、回収工程が終了した直後で減圧状態の吸着容器１とのあいだでガスを移動させて、両者を均圧する。
上記降圧工程は、上記均圧工程後の吸着容器１からガスを排出して圧力を下げる。つまり、上記均圧工程後の吸着容器１内はまだ加圧状態なので、吸着容器１からガスを排出して圧力を大気圧近傍まで下げる。
上記回収工程は、上記降圧工程後の吸着容器１から二酸化炭素を回収する。つまり、上記降圧工程後の吸着容器１内を真空ポンプ２３で吸引して減圧し、吸着材に吸着されていた二酸化炭素を吸着材から離脱させて回収する。
上記復圧工程は、上記回収工程後に上述した均圧工程を行った吸着容器１内にガスを導入して圧力を戻す。つまり、上記回収工程後の上記均圧工程が終了した吸着容器１にガスを導入して圧力を吸着圧力近傍まで戻す。上記復圧工程が終了した吸着容器１には、ふたたび上記オフガスが導入されて上記吸着工程が行われる。
〔配管と弁の構成〕
つぎに、上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１における配管と弁の構成について説明する。
つぎに、上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１における配管と弁の構成について説明する。
〔第１吸着容器３１〕
上記第１吸着容器３１には、その下端部に、第１導入弁３２Ａを有する第１導入路３２Ｂが接続されている。上記第１導入路３２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第１導入路３２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第１回収弁３３Ａを有する第１回収路３３Ｂが設けられている。上記第１回収路３３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第１吸着容器３１には、その下端部に、第１導入弁３２Ａを有する第１導入路３２Ｂが接続されている。上記第１導入路３２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第１導入路３２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第１回収弁３３Ａを有する第１回収路３３Ｂが設けられている。上記第１回収路３３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第１吸着容器３１には、その上端部に、燃料オフガスを排出するための第１排出弁３４Ａを有する第１排出路３４Ｂが接続されている。上記第１排出路３４Ｂは、上記吸着工程において、第１吸着容器３１に導入されたオフガスから二酸化炭素を吸着した残りの燃料オフガスを排出する。上記第１排出路３４Ｂは、上述した燃料オフガス路２７Ａに接続されている。上記第１排出路３４Ｂから分岐して、上記降圧工程において、上記第１吸着容器３１内からガスを排出するための第１降圧弁３５Ａを有する第１降圧路３５Ｂが設けられている。上記第１降圧路３５Ｂは、上述したリサイクル路２８に接続されている。
上記第１排出路３４Ｂに合流するように、上記復圧工程で上記第１吸着容器３１に対してガスを導入するための第１復圧弁３６Ａを有する第１復圧路３６Ｂが設けられている。上記第１復圧路３６Ｂは、上記燃料オフガス路２７Ａから分岐しており、上記復圧工程において上記第１吸着容器３１に対して燃料オフガスを導入する。
〔第２吸着容器４１〕
上記第２吸着容器４１には、その下端部に、第２導入弁４２Ａを有する第２導入路４２Ｂが接続されている。上記第２導入路４２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第２導入路４２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第２回収弁４３Ａを有する第２回収路４３Ｂが設けられている。上記第２回収路４３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第２吸着容器４１には、その下端部に、第２導入弁４２Ａを有する第２導入路４２Ｂが接続されている。上記第２導入路４２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第２導入路４２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第２回収弁４３Ａを有する第２回収路４３Ｂが設けられている。上記第２回収路４３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第２吸着容器４１には、その上端部に、燃料オフガスを排出するための第２排出弁４４Ａを有する第２排出路４４Ｂが接続されている。上記第２排出路４４Ｂは、上記吸着工程において、第２吸着容器４１に導入されたオフガスから二酸化炭素を吸着した残りの燃料オフガスを排出する。上記第２排出路４４Ｂは、上述した燃料オフガス路２７Ａに接続されている。上記第２排出路４４Ｂから分岐して、上記降圧工程において、上記第２吸着容器４１内からガスを排出するための第２降圧弁４５Ａを有する第２降圧路４５Ｂが設けられている。上記第２降圧路４５Ｂは、上述したリサイクル路２８に接続されている。
上記第２排出路４４Ｂに合流するように、上記復圧工程で上記第２吸着容器４１に対してガスを導入するための第２復圧弁４６Ａを有する第２復圧路４６Ｂが設けられている。上記第２復圧路４６Ｂは、上記燃料オフガス路２７Ａから分岐しており、上記復圧工程において上記第２吸着容器４１に対して燃料オフガスを導入する。
〔第３吸着容器５１〕
上記第３吸着容器５１には、その下端部に、第３導入弁５２Ａを有する第３導入路５２Ｂが接続されている。上記第３導入路５２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第３導入路５２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第３回収弁５３Ａを有する第３回収路５３Ｂが設けられている。上記第３回収路５３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第３吸着容器５１には、その下端部に、第３導入弁５２Ａを有する第３導入路５２Ｂが接続されている。上記第３導入路５２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第３導入路５２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第３回収弁５３Ａを有する第３回収路５３Ｂが設けられている。上記第３回収路５３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第３吸着容器５１には、その上端部に、燃料オフガスを排出するための第３排出弁５４Ａを有する第３排出路５４Ｂが接続されている。上記第３排出路５４Ｂは、上記吸着工程において、第３吸着容器５１に導入されたオフガスから二酸化炭素を吸着した残りの燃料オフガスを排出する。上記第３排出路５４Ｂは、上述した燃料オフガス路２７Ａに接続されている。上記第３排出路５４Ｂから分岐して、上記降圧工程において、上記第３吸着容器５１内からガスを排出するための第３降圧弁５５Ａを有する第３降圧路５５Ｂが設けられている。上記第３降圧路５５Ｂは、上述したリサイクル路２８に接続されている。
上記第３排出路５４Ｂに合流するように、上記復圧工程で上記第３吸着容器５１に対してガスを導入するための第３復圧弁５６Ａを有する第３復圧路５６Ｂが設けられている。上記第３復圧路５６Ｂは、上記燃料オフガス路２７Ａから分岐しており、上記復圧工程において上記第３吸着容器５１に対して燃料オフガスを導入する。
〔第４吸着容器６１〕
上記第４吸着容器６１には、その下端部に、第４導入弁６２Ａを有する第４導入路６２Ｂが接続されている。上記第４導入路６２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第４導入路６２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第４回収弁６３Ａを有する第４回収路６３Ｂが設けられている。上記第４回収路６３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第４吸着容器６１には、その下端部に、第４導入弁６２Ａを有する第４導入路６２Ｂが接続されている。上記第４導入路６２Ｂには、上記吸着工程において、上述したオフガス圧縮機２２から圧縮されたオフガスが送り込まれる。上記第４導入路６２Ｂから分岐して、上記回収工程で回収された二酸化炭素を回収するための第４回収弁６３Ａを有する第４回収路６３Ｂが設けられている。上記第４回収路６３Ｂは、上述した真空ポンプ２３に接続されている。
上記第４吸着容器６１には、その上端部に、燃料オフガスを排出するための第４排出弁６４Ａを有する第４排出路６４Ｂが接続されている。上記第４排出路６４Ｂは、上記吸着工程において、第４吸着容器６１に導入されたオフガスから二酸化炭素を吸着した残りの燃料オフガスを排出する。上記第４排出路６４Ｂは、上述した燃料オフガス路２７Ａに接続されている。上記第４排出路６４Ｂから分岐して、上記降圧工程において、上記第４吸着容器６１内からガスを排出するための第４降圧弁６５Ａを有する第４降圧路６５Ｂが設けられている。上記第４降圧路６５Ｂは、上述したリサイクル路２８に接続されている。
上記第４排出路６４Ｂに合流するように、上記復圧工程で上記第３吸着容器６１に対してガスを導入するための第４復圧弁６６Ａを有する第４復圧路６６Ｂが設けられている。上記第４復圧路６６Ｂは、上記燃料オフガス路２７Ａから分岐しており、上記復圧工程において上記第４吸着容器６１に対して燃料オフガスを導入する。
〔均圧弁と均圧路〕
上記第１排出路３４Ｂと上記第３排出路５４Ｂを連通するように、第１吸着容器３１と第３吸着容器５１を均圧するための第１均圧弁７２Ａを有する第１均圧路７２Ｂが設けられている。上記第１均圧弁７２Ａと第１均圧路７２Ｂは、上述した均圧工程において、第１吸着容器３１と第３吸着容器５１を均圧する。より具体的には、吸着工程後の第１吸着容器３１と回収工程後の第３吸着容器５１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第１均圧弁７２Ａを開き、第１吸着容器３１から第３吸着容器５１にガスを移動させる。また、吸着工程後の第３吸着容器５１と回収工程後の第１吸着容器３１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第１均圧弁７２Ａを開き、第３吸着容器５１から第１吸着容器３１にガスを移動させる。
上記第１排出路３４Ｂと上記第３排出路５４Ｂを連通するように、第１吸着容器３１と第３吸着容器５１を均圧するための第１均圧弁７２Ａを有する第１均圧路７２Ｂが設けられている。上記第１均圧弁７２Ａと第１均圧路７２Ｂは、上述した均圧工程において、第１吸着容器３１と第３吸着容器５１を均圧する。より具体的には、吸着工程後の第１吸着容器３１と回収工程後の第３吸着容器５１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第１均圧弁７２Ａを開き、第１吸着容器３１から第３吸着容器５１にガスを移動させる。また、吸着工程後の第３吸着容器５１と回収工程後の第１吸着容器３１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第１均圧弁７２Ａを開き、第３吸着容器５１から第１吸着容器３１にガスを移動させる。
上記第２排出路４４Ｂと上記第４排出路６４Ｂを連通するように、第２吸着容器４１と第４吸着容器６１を均圧するための第２均圧弁７３Ａを有する第２均圧路７３Ｂが設けられている。上記第２均圧弁７３Ａと第２均圧路７３Ｂは、上述した均圧工程において、第２吸着容器４１と第４吸着容器６１を均圧する。
より具体的には、吸着工程後の第２吸着容器４１と回収工程後の第４吸着容器６１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第２均圧弁７３Ａを開き、第２吸着容器４１から第４吸着容器６１にガスを移動させる。また、吸着工程後の第４吸着容器６１と回収工程後の第２吸着容器４１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第２均圧弁７３Ａを開き、第４吸着容器６１から第２吸着容器４１にガスを移動させる。
より具体的には、吸着工程後の第２吸着容器４１と回収工程後の第４吸着容器６１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第２均圧弁７３Ａを開き、第２吸着容器４１から第４吸着容器６１にガスを移動させる。また、吸着工程後の第４吸着容器６１と回収工程後の第２吸着容器４１を、上記均圧工程で均圧するときに、上記第２均圧弁７３Ａを開き、第４吸着容器６１から第２吸着容器４１にガスを移動させる。
〔圧縮手段〕
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上述したように、上記吸着工程を行う吸着容器１に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段としてのオフガス圧縮機２２を有している。上記オフガス圧縮機２２によってオフガスを圧縮した状態で吸着容器１に導入することから、吸着工程において吸着容器１内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上述したように、上記吸着工程を行う吸着容器１に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段としてのオフガス圧縮機２２を有している。上記オフガス圧縮機２２によってオフガスを圧縮した状態で吸着容器１に導入することから、吸着工程において吸着容器１内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
〔パージ手段〕
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器１に戻すためのパージ手段を有しない。つまり、回収工程で回収した二酸化炭素は、第１回収路３３Ｂ、第２回収路４３Ｂ、第３回収路５３Ｂ、第４回収路６３Ｂ、真空ポンプ２３を介して吐出ホルダ２４に貯留される。吐出ホルダ２４に貯留された二酸化炭素は、その後吸着容器１に戻されることはなく、利用に供される。このように、回収した二酸化炭素をいずれかの吸着容器１に戻すパージ工程を行うための圧縮機や配管などの設備を有しない。このため、設備コストや消費エネルギーを抑えることができる。
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器１に戻すためのパージ手段を有しない。つまり、回収工程で回収した二酸化炭素は、第１回収路３３Ｂ、第２回収路４３Ｂ、第３回収路５３Ｂ、第４回収路６３Ｂ、真空ポンプ２３を介して吐出ホルダ２４に貯留される。吐出ホルダ２４に貯留された二酸化炭素は、その後吸着容器１に戻されることはなく、利用に供される。このように、回収した二酸化炭素をいずれかの吸着容器１に戻すパージ工程を行うための圧縮機や配管などの設備を有しない。このため、設備コストや消費エネルギーを抑えることができる。
〔リサイクル手段〕
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルするためのリサイクル手段を構成するリサイクル路２８をさらに有している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルすることにより、上記吸着工程で二酸化炭素を吸着する吸着材の負荷を抑えることができる。また、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
本実施形態の二酸化炭素回収装置２０は、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルするためのリサイクル手段を構成するリサイクル路２８をさらに有している。上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルすることにより、上記吸着工程で二酸化炭素を吸着する吸着材の負荷を抑えることができる。また、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
〔動作の説明〕
図３～図１０は、上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置における弁開閉状態を示す。この例では、第１段階から第８段階までを順次行って、本実施形態の二酸化炭素回収方法を実現する。第８段階のつぎは第１段階に戻り、以降は同様に繰り返す。
図３は第１段階、図４は第２段階、図５は第３段階、図６は第４段階、図７は第５段階、図８は第６段階、図９は第７段階、図１０は第８段階である。図３～図１０において、太線で示す管路は、弁が開いてガスが通過しているものを示す。細線で示す管路は、弁が閉じてガスが停止しているものを示す。
本実施形態の装置は、以下に説明する各種の弁を開閉制御するための弁制御手段（図示していない）を備えている。
図３～図１０は、上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置における弁開閉状態を示す。この例では、第１段階から第８段階までを順次行って、本実施形態の二酸化炭素回収方法を実現する。第８段階のつぎは第１段階に戻り、以降は同様に繰り返す。
図３は第１段階、図４は第２段階、図５は第３段階、図６は第４段階、図７は第５段階、図８は第６段階、図９は第７段階、図１０は第８段階である。図３～図１０において、太線で示す管路は、弁が開いてガスが通過しているものを示す。細線で示す管路は、弁が閉じてガスが停止しているものを示す。
本実施形態の装置は、以下に説明する各種の弁を開閉制御するための弁制御手段（図示していない）を備えている。
図３は第１段階を示す。上記第１段階は、第１吸着容器３１で吸着工程を、第２吸着容器４１で均圧工程を、第３吸着容器５１で回収工程を、第４吸着容器６１で均圧工程を行う。
第１吸着容器３１では、第１導入路３２Ｂからオフガスが導入され、第１排出路３４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１では、第２均圧路７３Ｂを通して第２吸着容器４１から第４吸着容器６１にガスが移動して均圧される。
第３吸着容器５１では、第３回収路５３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第１吸着容器３１では、第１導入路３２Ｂからオフガスが導入され、第１排出路３４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１では、第２均圧路７３Ｂを通して第２吸着容器４１から第４吸着容器６１にガスが移動して均圧される。
第３吸着容器５１では、第３回収路５３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
図４は第２段階を示す。上記第２段階は、第１吸着容器３１で吸着工程を、第２吸着容器４１で降圧工程を、第３吸着容器５１で回収工程を、第４吸着容器６１で復圧工程を行う。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１は、第１段階の状態を継続する。
第２吸着容器４１では、第２降圧路４５Ｂからガスを排出する。第２降圧路４５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第４吸着容器４１では、第４復圧路６６Ｂからガスが導入される。第４復圧路６６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１は、第１段階の状態を継続する。
第２吸着容器４１では、第２降圧路４５Ｂからガスを排出する。第２降圧路４５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第４吸着容器４１では、第４復圧路６６Ｂからガスが導入される。第４復圧路６６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
図５は第３段階を示す。上記第３段階は、第１吸着容器３１で均圧工程を、第２吸着容器４１で回収工程を、第３吸着容器５１で均圧工程を、第４吸着容器６１で吸着工程を行う。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１では、第１均圧路７２Ｂを通して第１吸着容器３１から第３吸着容器５１にガスが移動して均圧される。
第２吸着容器４１では、第２回収路４３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第４吸着容器６１では、第４導入路６２Ｂからオフガスが導入され、第４排出路６４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１では、第１均圧路７２Ｂを通して第１吸着容器３１から第３吸着容器５１にガスが移動して均圧される。
第２吸着容器４１では、第２回収路４３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第４吸着容器６１では、第４導入路６２Ｂからオフガスが導入され、第４排出路６４Ｂから燃料オフガスが排出される。
図６は第４段階を示す。上記第４段階は、第１吸着容器３１で降圧工程を、第２吸着容器４１で回収工程を、第３吸着容器５１で復圧工程を、第４吸着容器６１で吸着工程を行う。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１は、第３段階の状態を継続する。
第１吸着容器３１では、第１降圧路３５Ｂからガスを排出する。第１降圧路３５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第３吸着容器５１では、第３復圧路５６Ｂからガスが導入される。第３復圧路５６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１は、第３段階の状態を継続する。
第１吸着容器３１では、第１降圧路３５Ｂからガスを排出する。第１降圧路３５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第３吸着容器５１では、第３復圧路５６Ｂからガスが導入される。第３復圧路５６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
図７は第５段階を示す。上記第５段階は、第１吸着容器３１で回収工程を、第２吸着容器４１で均圧工程を、第３吸着容器５１で吸着工程を、第４吸着容器６１で均圧工程を行う。
第１吸着容器３１では、第１回収路３３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１では、第２均圧路７３Ｂを通して第４吸着容器６１から第２吸着容器４１にガスが移動して均圧される。
第３吸着容器５１では、第３導入路５２Ｂからオフガスが導入され、第３排出路５４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第１吸着容器３１では、第１回収路３３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１では、第２均圧路７３Ｂを通して第４吸着容器６１から第２吸着容器４１にガスが移動して均圧される。
第３吸着容器５１では、第３導入路５２Ｂからオフガスが導入され、第３排出路５４Ｂから燃料オフガスが排出される。
図８は第６段階を示す。上記第６段階は、第１吸着容器３１で回収工程を、第２吸着容器４１で復圧工程を、第３吸着容器５１で吸着工程を、第４吸着容器６１で降圧工程を行う。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１は、第５段階の状態を継続する。
第２吸着容器４１では、第２復圧路４６Ｂからガスが導入される。第２復圧路４６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第４吸着容器６１では、第４降圧路６５Ｂからガスを排出する。第４降圧路６５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１は、第５段階の状態を継続する。
第２吸着容器４１では、第２復圧路４６Ｂからガスが導入される。第２復圧路４６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第４吸着容器６１では、第４降圧路６５Ｂからガスを排出する。第４降圧路６５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
図９は第７段階を示す。上記第７段階は、第１吸着容器３１で均圧工程を、第２吸着容器４１で吸着工程を、第３吸着容器５１で均圧工程を、第４吸着容器６１で回収工程を行う。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１では、第１均圧路７２Ｂを通して第３吸着容器５１から第１吸着容器３１にガスが移動して均圧される。
第２吸着容器４１では、第２導入路４２Ｂからオフガスが導入され、第２排出路４４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第４吸着容器６１では、第４回収路６３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
第１吸着容器３１と第３吸着容器５１では、第１均圧路７２Ｂを通して第３吸着容器５１から第１吸着容器３１にガスが移動して均圧される。
第２吸着容器４１では、第２導入路４２Ｂからオフガスが導入され、第２排出路４４Ｂから燃料オフガスが排出される。
第４吸着容器６１では、第４回収路６３Ｂによって二酸化炭素が回収される。
図１０は第８段階を示す。上記第８段階は、第１吸着容器３１で復圧工程を、第２吸着容器４１で吸着工程を、第３吸着容器５１で降圧工程を、第４吸着容器６１で回収工程を行う。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１は、第７段階の状態を継続する。
第１吸着容器３１では、第１復圧路３６Ｂからガスが導入される。第１復圧路３６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第３吸着容器５１では、第３降圧路５５Ｂからガスを排出する。第３降圧路５５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第２吸着容器４１と第４吸着容器６１は、第７段階の状態を継続する。
第１吸着容器３１では、第１復圧路３６Ｂからガスが導入される。第１復圧路３６Ｂから導入されるガスは、燃料オフガス路２７Ａを流れる燃料オフガスの一部である。
第３吸着容器５１では、第３降圧路５５Ｂからガスを排出する。第３降圧路５５Ｂで排出したガスはリサイクル路２８を通してオフガス圧縮機２２の上流に戻し、ふたたび吸着工程を行う吸着容器１に導入してリサイクルする。
第８段階が終了すると、上述した第１段階に戻り、以降は同様に繰り返す。
〔実施形態の効果〕
上記実施形態で説明した装置および方法は、以下の作用効果を奏する。
上記実施形態で説明した装置および方法は、以下の作用効果を奏する。
上記二酸化炭素回収装置および方法は、上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段および工程を有している。したがって、吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。加えて本発明の二酸化炭素回収装置は、上記回収工程で回収した二酸化炭素を、少なくともいずれかの吸着容器に戻すためのパージ手段および工程を有しない。つまり、パージ用の圧縮機や配管などの設備を有しないため、設備コストや消費エネルギーを抑えることができる。
上記二酸化炭素回収装置および方法は、上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル手段をさらに有している。
上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルすることにより、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
上記降圧工程で排出したガスは、すでにある程度の二酸化炭素が吸着されたガスである。このようなガスを、上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルすることにより、回収した二酸化炭素が系外に排出されるのを抑制できる。その結果、二酸化炭素の回収効率を向上することができる。
上記二酸化炭素回収装置および方法は、上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
上記二酸化炭素回収装置および方法は、上記吸着容器が４つである。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
吸着工程において吸着容器内の充分な圧力を確保できるサイクルを実現できる。このため、充分な吸着性能が得られ、二酸化炭素を充分な回収率で回収できる。
〔まとめ〕
本実施形態では、特許文献１の水分吸着塔のような、水分除去機構を別途必要とせずに、水素発生装置からＣＯ２を回収することが可能となった。
本実施形態では、特許文献１の水分吸着塔のような、水分除去機構を別途必要とせずに、水素発生装置からＣＯ２を回収することが可能となった。
本実施形態は、４塔の吸着塔を有し、パージ工程を採用しないことによって、特許文献２では８０％程度であったＣＯ２回収率は９０％以上まで向上した。さらに、パージ工程で必要となるブロワや圧縮機などの昇圧機構が不要となることで、特許文献３と比較し設備点数ならびに消費エネルギーが削減可能となった。
本実施形態は、特許文献２に記載があるように、Ｈ２－ＰＶＳＡの排ガスを水蒸気改質の燃料としてリサイクルするプロセスにおいて、ＣＯ２－ＰＶＳＡによって二酸化炭素を除くことで、不燃性ガスの割合を少なくでき、効率的な水蒸気改質反応の燃料とすることができる。本発明では、ＣＯ２回収率を従来の８０％から９０％以上まで高めることができ、水素発生装置から得られるＣＯ２量が増える。それ以外に、不燃性ガスの割合を少なくすることができることで、燃料利用する際の効率が上がるというメリットもある。
つぎに、実施例について説明する。
上述したＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１を、吸着工程での吸着容器１内の圧力を０．２０ＭＰａＧ、回収工程での吸着容器１内の圧力を－０．０９８ＭＰａＧとして運転を行った。
上述したＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１の入口と出口におけるガスの組成は、入口でＣＯ２６０体積％、出口でＣＯ２９４体積％であった。
上述したＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１を、吸着工程での吸着容器１内の圧力を０．２０ＭＰａＧ、回収工程での吸着容器１内の圧力を－０．０９８ＭＰａＧとして運転を行った。
上述したＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１の入口と出口におけるガスの組成は、入口でＣＯ２６０体積％、出口でＣＯ２９４体積％であった。
上記ＣＯ２ＰＶＳＡ装置２１により、ＣＯ２はｄｒｙベースで９８．０％まで濃縮された。また二酸化炭素の回収率は９４％であった。
〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
たとえば、上記実施形態で得られた二酸化炭素を温度スイング式の吸着分離法によるＴＳＡ装置で純度を上げたのち、液化装置で液化して液化炭酸ガスとして利用することもできる。
１：吸着容器
１０：水素製造装置
１１：改質器
１１Ｃ：改質ガス路
１２：水素ＰＶＳＡ装置
１２Ａ：製品水素供給路
１２Ｂ：オフガス路
１３Ａ：ＮＧ導入路
２０：二酸化炭素回収装置
２１：ＣＯ２ＰＶＳＡ装置
２２：オフガス圧縮機
２３：真空ポンプ
２４：吐出ホルダ
２７Ａ：燃料オフガス路
２８：リサイクル路
３１：第１吸着容器
３２Ａ：第１導入弁
３２Ｂ：第１導入路
３３Ａ：第１回収弁
３３Ｂ：第１回収路
３４Ａ：第１排出弁
３４Ｂ：第１排出路
３５Ａ：第１降圧弁
３５Ｂ：第１降圧路
３６Ａ：第１腹圧弁
３６Ｂ：第１腹圧路
４１：第２吸着容器
４２Ａ：第２導入弁
４２Ｂ：第２導入路
４３Ａ：第２回収弁
４３Ｂ：第２回収路
４４Ａ：第２排出弁
４４Ｂ：第２排出路
４５Ａ：第２降圧弁
４５Ｂ：第２降圧路
４６Ａ：第２腹圧弁
４６Ｂ：第２腹圧路
５１：第３吸着容器
５２Ａ：第３導入弁
５２Ｂ：第３導入路
５３Ａ：第３回収弁
５３Ｂ：第３回収路
５４Ａ：第３排出弁
５４Ｂ：第３排出路
５５Ａ：第３降圧弁
５５Ｂ：第３降圧路
５６Ａ：第３腹圧弁
５６Ｂ：第３腹圧路
６１：第４吸着容器
６２Ａ：第４導入弁
６２Ｂ：第４導入路
６３Ａ：第４回収弁
６３Ｂ：第４回収路
６４Ａ：第４排出弁
６４Ｂ：第４排出路
６５Ａ：第４降圧弁
６５Ｂ：第４降圧路
６６Ａ：第４腹圧弁
６６Ｂ：第４腹圧路
７２Ａ：第１均圧弁
７２Ｂ：第１均圧路
７３Ａ：第２均圧弁
７３Ｂ：第２均圧路
１０：水素製造装置
１１：改質器
１１Ｃ：改質ガス路
１２：水素ＰＶＳＡ装置
１２Ａ：製品水素供給路
１２Ｂ：オフガス路
１３Ａ：ＮＧ導入路
２０：二酸化炭素回収装置
２１：ＣＯ２ＰＶＳＡ装置
２２：オフガス圧縮機
２３：真空ポンプ
２４：吐出ホルダ
２７Ａ：燃料オフガス路
２８：リサイクル路
３１：第１吸着容器
３２Ａ：第１導入弁
３２Ｂ：第１導入路
３３Ａ：第１回収弁
３３Ｂ：第１回収路
３４Ａ：第１排出弁
３４Ｂ：第１排出路
３５Ａ：第１降圧弁
３５Ｂ：第１降圧路
３６Ａ：第１腹圧弁
３６Ｂ：第１腹圧路
４１：第２吸着容器
４２Ａ：第２導入弁
４２Ｂ：第２導入路
４３Ａ：第２回収弁
４３Ｂ：第２回収路
４４Ａ：第２排出弁
４４Ｂ：第２排出路
４５Ａ：第２降圧弁
４５Ｂ：第２降圧路
４６Ａ：第２腹圧弁
４６Ｂ：第２腹圧路
５１：第３吸着容器
５２Ａ：第３導入弁
５２Ｂ：第３導入路
５３Ａ：第３回収弁
５３Ｂ：第３回収路
５４Ａ：第３排出弁
５４Ｂ：第３排出路
５５Ａ：第３降圧弁
５５Ｂ：第３降圧路
５６Ａ：第３腹圧弁
５６Ｂ：第３腹圧路
６１：第４吸着容器
６２Ａ：第４導入弁
６２Ｂ：第４導入路
６３Ａ：第４回収弁
６３Ｂ：第４回収路
６４Ａ：第４排出弁
６４Ｂ：第４排出路
６５Ａ：第４降圧弁
６５Ｂ：第４降圧路
６６Ａ：第４腹圧弁
６６Ｂ：第４腹圧路
７２Ａ：第１均圧弁
７２Ｂ：第１均圧路
７３Ａ：第２均圧弁
７３Ｂ：第２均圧路
Claims (6)
- 炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を備え、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮手段を有し、
上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮手段の上流において合流している
ことを特徴とする二酸化炭素回収装置。 - 上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている
請求項１記載の二酸化炭素回収装置。 - 上記吸着容器が４つである
請求項１または２記載の二酸化炭素回収装置。 - 炭化水素を改質して水素ガスを得る水素製造装置のオフガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収方法であって、
複数の吸着容器において、上記オフガス中の二酸化炭素を吸着する吸着工程、上記吸着工程後の吸着容器と他の吸着容器との間でガスを移動させて均圧する均圧工程、上記均圧工程後の吸着容器からガスを排出して圧力を下げる降圧工程、上記降圧工程後の吸着容器から二酸化炭素を回収する回収工程を、交番的に行うＣＯ２ＰＶＳＡ装置を用い、
上記吸着工程を行う吸着容器に対し、上記オフガスを圧縮して導入するための圧縮工程を有し、
上記降圧工程で排出したガスを上記吸着工程を行う吸着容器に導入してリサイクルするためのリサイクル路をさらに有し、上記リサイクル路は上記圧縮工程を行う圧縮機の上流において合流している
ことを特徴とする二酸化炭素回収方法。 - 上記吸着工程における上記吸着容器内の圧力が、０．１０～０．３０ＭＰａＧに設定されている
請求項４記載の二酸化炭素回収方法。 - 上記吸着容器が４つである
請求項４または５記載の二酸化炭素回収方法。
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