TW202102296A - 二氧化碳及其他氣體之回收方法 - Google Patents

二氧化碳及其他氣體之回收方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202102296A
TW202102296A TW109117757A TW109117757A TW202102296A TW 202102296 A TW202102296 A TW 202102296A TW 109117757 A TW109117757 A TW 109117757A TW 109117757 A TW109117757 A TW 109117757A TW 202102296 A TW202102296 A TW 202102296A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
volume
oxygen
nitrogen
Prior art date
Application number
TW109117757A
Other languages
English (en)
Inventor
楠正夫
田中宏樹
玉木芳実
角田大
Original Assignee
日商德山股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商德山股份有限公司 filed Critical 日商德山股份有限公司
Publication of TW202102296A publication Critical patent/TW202102296A/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/343—Heat recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/75—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405—Purification or separation processes
    • C01B21/0494—Combined chemical and physical processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/202—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/306—Alkali metal compounds of potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/604—Hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/102—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0001—Separation or purification processing
    • C01B2210/0003—Chemical processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0001—Separation or purification processing
    • C01B2210/0003—Chemical processing
    • C01B2210/0004—Chemical processing by oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0045—Oxygen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本發明提供一種氣體回收方法，其特徵為包括下列步驟： 氣體吸收步驟，藉由使排氣與含有碳酸鹼之水溶液接觸，以使該排氣中之二氧化碳反應而成為含有碳酸氫鹼之水溶液；氣體回收步驟，將從前述氣體吸收步驟排出之含有氮氣及氧氣之氣體予以回收；分解步驟，將前述氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳；循環步驟，將前述分解步驟獲得之碳酸鹼之至少一部分向前述氣體吸收步驟循環；及，二氧化碳回收步驟，於將前述分解步驟獲得之二氧化碳回收時，使該分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液接觸後，將二氧化碳回收。

Description

二氧化碳及其他氣體之回收方法
本發明係關於將二氧化碳、進而氮氣、氧氣從排氣予以分離回收之新穎方法。具體而言，係關於利用低廉的無機化合物，而以良好效率將高純度之二氧化碳、進而高純度之氮氣予以分離回收之新穎方法。
迄今已了解化石燃料使得人類的生活豐足，但這樣下去的話，會因為以二氧化碳為代表之溫室氣體的過量排出導致該燃料的使用破壞地球環境。所以，就衝擊全人類的最重要課題而言，已有人探討在世界各地的脫二氧化碳(二氧化碳減量)。而且，已有人就節能的推進、再生能源的普及、二氧化碳固定化等各方面來談論此難題。尤其是將從就絕對量而言排出多量二氧化碳之工廠、發電廠等排出之氣體加以處理之方法，對於二氧化碳減量係必要。若能夠將該排氣中含有的二氧化碳予以安全且安定、合理地濃縮，則對於作為各式各樣的碳製品而再利用、近年來受到矚目且技術上也卓越的回收、貯槽能夠有所幫助。 有鑑於有如上之問題，已有各種探討將各式各樣的工廠、發電廠排出的氣體中含有的二氧化碳減少的方法。
具體而言，已知有將烷醇胺等胺類作為吸收劑之方法(例如：參照專利文獻1、2)。此等胺類有許多為液體且易溶於水。所以，在吸收二氧化碳方面有效。 但是使用僅由胺類構成的吸收劑時，會有發出臭味的問題。又，二氧化碳回收時胺類的除去操作性有變得煩雜之虞，在安全、安心性之確保困難之觀點方面尚有改善餘地。再者，為了要提高安全性，需要密閉的防爆結構，於此情形，會有需要不活潑的氣體等的狀況，取決於胺類的種類，會有二氧化碳之回收效率下降的問題。為了要改善此等問題，需要高昂的設備投資等，此外，取決於使用之胺類，相對於獲得之二氧化碳濃度，為了增進安定性，及其分離除去，有時需要消耗多量的能量，在經濟性方面也尚有改善餘地。
而針對此點，也有許多藉由使無機化合物例如氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液，與含有二氧化碳之排氣接觸，而製造碳酸鹽、碳酸氫鹽等並回收二氧化碳之方法的提案(例如參照專利文獻2、3)。
專利文獻2記載的方法，係將二氧化碳以碳酸鉀、重碳酸鉀之形式回收。且專利文獻2揭示藉由從以重碳酸鉀的形式回收了二氧化碳之溶液，以利用水蒸氣之汽提(stripping)法來回收二氧化碳，並進而循環使用碳酸鉀。專利文獻2並針對二氧化碳、及硫化氫氣體之回收有所記載。 但是此方法中，因係藉由水蒸氣汽提法來回收二氧化碳，該二氧化碳容易含水分，於回收高純度之二氧化碳之方面尚有改善的餘地。
又，專利文獻3記載的方法，係使氫氧化鈉、及碳酸鈉之水溶液吸收二氧化碳之方法。 但是專利文獻3係從準備氫氧化鈉水溶液的步驟開始揭示，是必須包括例如食鹽之電解步驟的發明。所以，需要在大規模工廠實施，於步驟簡化的方面存有改善餘地。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3663117號公報 [專利文獻2]英國專利第725000號說明書 [專利文獻3]日本專利第4780730號公報
[發明欲解決之課題]
此外，二氧化碳之習知回收方法並未針對二氧化碳以外之其他氣體成分之回收有所記載。亦即，前述習知技術針對從排氣分離出了二氧化碳之氣體之處理並未記載。 近年來，隨著技術之多樣化進展，需要更為推進排出物之減少、再利用化。所以，不僅是針對二氧化碳，針對已分離出二氧化碳的氣體也需要探討其利用方法。 因此本發明之目的在於利用容易控制且安全且低廉的無機化合物，從排氣以良好效率回收高純度之二氧化碳，以及將已分離出二氧化碳之氣體予以有效利用。 再者，提供當進行如以上之氣體之回收、分離、精製等時將它們的反應等產生之熱予以有效活用之方法。針對如此的對於各步驟產生之熱所為之有效利用，專利文獻2、3並無記載。 [解決課題之方式]
本案發明人等為了解決上述課題而努力研究。並且針對使用了無機鹼之二氧化碳之回收方法進行研究。發現了藉由以碳酸鹼作為出發物質，將高純度之二氧化碳予以回收後，再度將碳酸鹼予以再利用，能夠簡化步驟。進而若依此方法，能將二氧化碳以碳酸鹼予以分離回收，故取決於待處理之排氣，已分離出該二氧化碳之氣體也能在工業上進行利用，乃完成本發明。 又，除了如此的優點，當將碳酸鹼與胺類尤佳為氨組合使用時，能夠將二氧化碳以更好的效率充分吸收，進而也能容易將二氧化碳予以高純度化，且胺類容易有效利用，乃完成本發明。
亦即，依照本發明， (1)一種氣體回收方法，係從含有二氧化碳、氮氣及氧氣之排氣分離為二氧化碳、以及含有氮氣及氧氣之氣體並予以回收之方法， 其特徵為包括下列步驟： 氣體吸收步驟，藉由使該排氣與含有碳酸鹼之水溶液接觸以使該排氣中之二氧化碳反應而成為含有碳酸氫鹼之水溶液； 氣體回收步驟，將從該氣體吸收步驟排出之含有氮氣及氧氣之氣體予以回收； 分解步驟，將該氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳； 循環步驟，將該分解步驟獲得之碳酸鹼之至少一部分向該氣體吸收步驟循環；以及 二氧化碳回收步驟，當將該分解步驟獲得之二氧化碳予以回收時，使該分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液接觸後，將二氧化碳回收。
又，本發明也可採取以下之態樣。 (2)前述碳酸鹼為碳酸鉀，前述碳酸氫鹼為碳酸氫鉀。 (3)前述氣體吸收步驟中，含有碳酸鹼之水溶液係更含有胺類之水溶液。 (4)前述胺類為氨。 (5)更包括確認對於前述氣體吸收步驟供給前之排氣之組成之步驟。 (6)前述排氣中之氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)設為10/1以上100/1以下。 (7)更包括使前述氣體回收步驟獲得之含有氮氣及氧氣之氣體與氫氣於鉑系觸媒存在下反應，而減少該氣體中之氧氣之第1精製步驟，前述分解步驟中，使用該第1精製步驟產生之熱而將碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳。 (8)包括使進行第1精製步驟前之含有氮氣及氧氣之氣體、或第1精製步驟後之含有氮氣及氧氣之氣體、與鹼水溶液接觸之第2精製步驟。
依照本發明，能夠利用碳酸鹼從排氣去除大部分之二氧化碳。所以，若預先確認處理前之排氣之組成，則能預測從該排氣分離出了二氧化碳後之氣體之組成。所以，容易有效活用已分離出二氧化碳後之氣體。尤其藉由採取(6)、(7)、及(8)之態樣，能獲得含有高濃度氮氣之氣體。並且藉由採取(7)之態樣，能夠將因回收等產生之熱予以有效活用。 [發明之效果]
依照本發明，能夠以低廉且安全的方法，以良好效率從排氣將高純度之二氧化碳予以分離。亦即，能夠合理且輕易地以低廉的材料處理排氣。又，本發明之方法，若能準備排氣則也可僅實施本發明之步驟，也可納入到大規模工廠的循環內。
排放排氣之工廠，例如若為碳酸鹼之製造工廠、及/或實施氨鹼法之工廠，則二氧化碳回收步驟獲得之二氧化碳可以當成此等工廠之原料氣體使用。其結果，若此等工廠採用本發明，亦能完全不將二氧化碳釋出到外部。
又，藉由併用胺類與碳酸鹼，能夠以更好效率將二氧化碳予以回收。尤其若使用氨作為胺類時，容易和二氧化碳分離，例如可藉由僅和水溶液(水)接觸便簡單地分離。此外，此氨若為實施氨鹼法之工廠，則例如可以從由氫氧化鈣與氯化銨製造氯化鈣之步驟輕易地得到。另一方面，分離出的氨可以循環使用，也可作為氨鹼法之原料利用。
又，該二氧化碳回收步驟獲得之二氧化碳，係高純度之二氧化碳，故無法供給上述工廠時，作為醇等有機化合物原料、乾冰之原料、及滅火器用之氣體等，在工業上的利用價值高。又，能獲得高濃度之二氧化碳，故也容易製成液化二氧化碳。 此外，依照本發明，能獲得二氧化碳減少之含氮氣、氧氣之氣體。 其中，藉由使含碳酸鉀之水溶液與含二氧化碳之排氣先接觸，能成為相較於其他碳酸鹼為較高濃度之水溶液。其結果，能夠提高二氧化碳之回收(吸收)率。又，能夠回收高純度之含氧氣、及氮氣之氣體。又，可以將碳酸鉀循環使用。
再者，藉由預先將待處理之排氣中之組成予以調整，則依照本發明，能將從該排氣去除了二氧化碳後之氣體予以有效利用。依照本發明，能夠以良好效率將二氧化碳予以分離回收。所以，例如藉由處理氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)已調整成10/1以上100/1以下之排氣，則氣體回收步驟獲得之氣體會是氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為10/1以上100/1以下之氣體。其結果，可以獲得高濃度的工業上的利用價值高的氣體，例如可以採用於不活潑的氣體之氣體、可在氨之原料使用之氣體等含氮氣之氣體。尤其可獲得待處理排氣之氮氣相對於氧氣之體積比為例如可採用於不活潑的氣體之氣體、氨之原料能使用氣體等含氮氣之氣體。尤其藉由使待處理之排氣中之氮氣相對於氧氣之體積比為20/1以上，則獲得之氣體會成為氮氣相對於氧氣之體積比係20/1以上之氣體，也可作為防爆用氣體利用。
依照本發明，如前述，也可獲得高濃度的氮氣。尤其若實施下列詳述之第1精製步驟，能獲得更高濃度的氮氣。所以，獲得之氮氣也可作為氮化物，例如：氮化矽、氮化鋁、氮化硼等陶瓷的原料利用。進而，可獲得高濃度的氮氣，故也容易製成液化氮氣。
又，處理氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)已調整成10/1~100/1之範圍之排氣時，如前述，可以獲得含氮氣及氧氣之氣體。在此，若實施將此獲得之氣體與氫氣在鉑系觸媒存在下反應並減少該氣體中之氧氣之第1精製步驟，則如以下，能將第1精製步驟產出的熱也有效活用。亦即該第1精製步驟為發熱反應，獲得之熱可利用於前述分解步驟之碳酸氫鹼之分解。
依照本發明，使含較多量二氧化碳之排氣先和含碳酸鹼之水溶液(較佳為水)接觸，故溫度容易控制，能夠於安定的狀態將二氧化碳予以吸收、分離。
再者，第1精製步驟之前後獲得之含氮氣及氧氣之氣體含二氧化碳時，藉由使鹼水溶液與該氣體接觸，能夠獲得二氧化碳更減少之氣體。並且，前述氣體回收步驟回收之含氮氣及氧氣之氣體，相較於排氣，二氧化碳較少，即使和鹼水溶液接觸也容易控制反應條件。
本發明，就從迄今被廢棄且指摘是環境破壞氣體之排氣將高濃度氣體(二氧化碳、及氮氣)取出並作為有用原料予以再利用之觀點，係於工業的利用價值極高的新回收方法。依照本發明，若將條件予以最適化，則能併行產出高濃度之二氧化碳、及高濃度的氮氣，故經濟性極有利。
本發明係從含有二氧化碳、氮氣及氧氣之排氣分離出二氧化碳、及含有氮氣及氧氣之氣體並予以回收之方法。此方法之特徵在於包括下列步驟： 氣體吸收步驟，藉由使該排氣與含碳酸鹼之水溶液接觸以使其和該排氣中之二氧化碳反應成為含碳酸氫鹼之水溶液； 氣體回收步驟，將從前述氣體吸收步驟排出之含氮氣及氧氣之氣體回收； 分解步驟，將前述氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳； 循環步驟，將前述分解步驟獲得之碳酸鹼之至少一部分向前述氣體吸收步驟循環；及 二氧化碳回收步驟，於將前述分解步驟獲得之二氧化碳回收時，使該分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液接觸後，將二氧化碳回收。 以下依順序說明。
＜為處理對象之排氣＞ 本發明中，為處理對象之排氣無特殊限制，只要是含有二氧化碳、氮氣及氧氣者即可。具體而言，可列舉從各式各樣工廠排出之排氣，例如從發電廠、鍋爐、焚化爐、水泥工廠、以二氧化碳作為原料之工廠(使用氨鹼法之工廠、利用二氧化碳與氫氧化鹼之反應製造碳酸鹼之工廠)、伴隨燃燒反應之工廠等排出之排氣。其中，從使用空氣中之氧氣作為助燃氣體之工廠排出之氣體，結果是氮氣被濃縮之狀況。所以，藉由將如此的排氣進行處理，不僅能回收高濃度之二氧化碳，還能回收高濃度的氮氣。
本發明中，前述排氣中之氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為10/1~100/1之範圍較佳。又，上述表達記載係代表以排氣中含有的氧氣之體積比例為1時之氮氣之體積比例。依照本發明，首先能高程度地僅分離出二氧化碳。所以，若為上述範圍內之排氣，則氣體回收步驟可獲得氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為10/1~100/1之範圍之氣體。
以此方式獲得之氣體，氮氣之濃度高。所以，氣體回收步驟獲得之氣體可利用於不活潑的氣體可採用之氣體、氨之原料可使用之氣體等。進而，也會和其他雜質氣體均衡，藉由處理氮氣之比例較高之排氣，也可將獲得之氣體作為防爆用氣體使用。例如：藉由處理氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為20/1以上之排氣，獲得之氣體中之氮氣相對於氧氣之體積比會成為20/1以上，可使用於防爆氣體。 所以，前述排氣在施行下列詳述之氣體吸收步驟前，宜設置確認該排氣之組成之步驟較佳。並且，處理之排氣之組成若氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)落在10/1~100/1之範圍外時，宜設置排氣調整步驟，以符合此範圍之方式來混合該排氣以外之其他氣體。針對其他氣體，可以使用工廠排出之各式各樣的氣體。
如上，本發明中，排氣無特殊限制。所以，即使是含有數體積%之二氧化碳之排氣，也能以良好效率處理二氧化碳。其中，若考慮從工廠等排出之氣體之一般性、下列詳述之氣體吸收步驟之規模、碳酸鹼之循環使用等，宜為符合以下之組成範圍之氣體較佳。具體而言，二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計作為100體積%時，二氧化碳為3~49.9體積%、氮氣為50~95體積%、氧氣為0.1~10體積%較佳，二氧化碳為3~45體積%、氮氣為50~87體積%、氧氣為0.1~10體積%更佳，二氧化碳為10~45體積%、氮氣為50~80體積%、氧氣為0.1~10體積%又更佳。本發明之方法中，處理二氧化碳之濃度為某個程度之高之排氣較有效率。
又，前述排氣可能無法避免地會混入二氧化碳、氮氣、及氧氣以外之氣體(其他氣體)。於此情形，其他氣體若對於下列詳述之各步驟無不良影響，也可以不去除其他氣體而直接處理。若會有任何不良影響，則也可預先去除其他氣體後再處理。前述排氣中含有的其他氣體，若二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積份時，其他氣體為10體積份以下，較佳為5體積份以下的話，則可以直接處理。其他氣體之最適比例為0體積份。其他氣體可列舉一氧化碳氣體等。 本發明中，藉由將前述排氣以下列詳述之氣體吸收步驟處理，則會從該排氣吸收二氧化碳。然後，針對氣體吸收步驟說明。 ＜氣體吸收步驟＞
本發明中，氣體吸收步驟，係使前述排氣與含碳酸鹼之水溶液接觸而使前述排氣中含有的二氧化碳與碳酸鹼反應。並且，係製造碳酸氫鹼而吸收二氧化碳之步驟。若以反應式記載，則如下所示。以下式中，係鹼為鉀時之例。 K2 CO3 ＋CO2 ＋H2 O→2KHCO3
本發明中，為了從含有較多量二氧化碳之排氣將二氧化碳予以分離、除去，於該氣體吸收步驟中，先使含碳酸鹼之水溶液與該排氣接觸。該排氣中，二氧化碳之比例較多，但先和含碳酸鹼之水溶液接觸，故容易進行溫度控制等，能夠以相對比較安定(一定)之比例去除二氧化碳。
如習知技術，先使氫氧化鹼之水溶液與排氣接觸的話，能使二氧化碳吸收、分離之量較多。但是反之，若使用氫氧化鹼之水溶液，則反應會劇烈進行，雖取決於條件等，但會發出相當大的熱量。進而，由於反應使二氧化碳被吸收，氫氧化鹼成為碳酸鹼，則二氧化碳之吸收量會急劇降低。所以，先使排氣與氫氧化鹼之水溶液反應之習知技術，有時運轉不易控制。 反觀本發明如前述，係先使排氣和含碳酸鹼之水溶液接觸，故和習知技術相較，較易控制。
本發明中，使用之碳酸鹼無特殊限制，可以使用市售品。具體而言可列舉碳酸鈉、碳酸鉀。其中，考量在水溶液中之溶解性高、能夠以良好效率將二氧化碳予以分離、吸收之觀點，使用碳酸鉀較佳。使用碳酸鈉時，對於水之溶解度低，故為了吸收更多二氧化碳，宜設置使氫氧化鈉水溶液吸收二氧化碳而製造碳酸鈉之步驟較佳。另一方面，使用碳酸鉀時，也可以設置使氫氧化鉀水溶液吸收二氧化碳而製造碳酸鉀之步驟。惟碳酸鉀相較於碳酸鈉，對水之溶解度為約3倍之高，故相較於碳酸鈉，可以更有效地將二氧化碳予以分離、吸收。所以，使用碳酸鉀時，可以從使碳酸鉀水溶液接觸前述排氣之步驟開始進行。
氣體吸收步驟，於填充塔中預先填充含碳酸鹼之水溶液，並於其中使前述排氣接觸該水溶液即可。接觸之方法，係填充了水溶液之層板塔，從下段・中段吹入排氣之鼓泡方式。吸收熱會抑制反應速度，故為含有外冷卻裝置之吸收塔。 又，氣體吸收步驟中，以連續式進行反應時，可以抽出碳酸氫鹼、或是追加碳酸鹼。 再者，氣體吸收步驟中之含有碳酸鹼之水溶液之碳酸鹼之濃度無特殊限制。其中，若考慮操作性等，以使用碳酸鹼成為10~65質量%之濃度範圍之水溶液較佳。更具體而言，碳酸鈉的情形，宜使用碳酸鈉成為10~35質量%之濃度的水溶液較佳。又，使用碳酸鉀時，以使用碳酸鉀成為10~65質量%之濃度的水溶液較佳。當然，為了成為上述濃度範圍，也可將水溶液加熱。
又，含碳酸鹼之水溶液中，有時會無法避免地混入氫氧化鹼及/或碳酸氫鹼。氫氧化鹼係製造碳酸鹼時之原料，原本在碳酸鹼中有時會含有。另一方面，碳酸氫鹼有時會在將下列詳述之分解步驟獲得之碳酸鹼循環使用時混入。惟氫氧化鹼、及碳酸氫鹼皆對於氣體吸收步驟無不良影響。所以，尤其考慮工業的循環時，下列詳述之分解步驟中，以相對比較低的溫度進行分解的話，較易利用工廠等的廢熱，所以碳酸氫鹼可含於含有碳酸鹼之前述水溶液。所以，吸收氣體前之含碳酸鹼之水溶液中，宜以下列範圍含有氫氧化鹼及/或碳酸氫鹼較佳。
具體而言，吸收氣體前，相對於碳酸鹼100質量份，氫氧化鹼為10質量份以下較佳，碳酸氫鹼為10質量份以下較佳，進而氫氧化鹼為3質量份以下較佳，碳酸氫鹼為3質量份以下較佳。針對下限值，氫氧化鹼、及碳酸氫鹼皆為0質量份。 惟如下列詳述，當於易利用工廠廢熱之未達150℃之相對較低溫進行分解步驟時，循環使用之含碳酸鹼之水溶液也可為下列組成。亦即，該水溶液中，相對於碳酸鹼100質量份宜含有碳酸氫鹼0質量份以上300質量份以下較佳。當然，循環使用前(最初之狀態)，宜含有碳酸氫鹼0質量份較佳。循環使用時，為了將廢熱有效活用、及改善循環使用時之效率(時間縮短等)，該水溶液中，相對於碳酸鹼100質量份，碳酸氫鹼宜為30質量份以上240質量份以下較佳，40質量份以上220質量份以下更佳，50質量份以上200質量份以下又更佳。從下列詳述之循環步驟供給之含碳酸鹼之水溶液若符合上述範圍內，則可直接使用，也可於該水溶液視需要追加碳酸鹼及/或碳酸氫鹼。
本發明中，當接觸前述含碳酸鹼之水溶液時，前述排氣與該水溶液接觸之條件，取決於裝置大小、裝置規格、排氣組成、及碳酸鹼之濃度等，最適條件會變化，故能夠使二氧化碳和碳酸鹼充分反應。
前述碳酸鹼水溶液與前述排氣接觸時之溫度無特殊限制，但為了將二氧化碳予以充分吸收，宜為10℃以上70℃以下之範圍較理想，20℃以上60℃以下之範圍更理想。
和前述含碳酸鹼之水溶液接觸之其他條件，依能夠充分分離、吸收二氧化碳的方式適當決定即可。
本發明中，此氣體吸收步驟使用之含碳酸鹼之水溶液中可以含有胺類。本發明中，此胺類包括氨。具體的胺類可列舉烷醇胺、烷胺、或氨等公知之使用於二氧化碳之吸收的胺類。據認為藉由併用此等胺類，胺類會和二氧化碳反應，而使水溶液吸收二氧化碳。進而，據認為二氧化碳和水反應，容易變成離子，容易和碳酸鹼反應。其結果，據認為能於短時間內吸收二氧化碳。
為了發揮此等效果，上述胺類之中，考慮和二氧化碳之分離、取得之容易性等，宜使用氨較佳。尤其在利用氨鹼法之工廠，也容易取得氨，也可以確保氨之回收端。使用氨時，有時碳酸鹼成為碳酸氫鹼時(吸收氣體時)，會以碳酸銨、及/或碳酸氫銨的形式存在，此等化合物當碳酸氫鹼分解時會分離(分解)為二氧化碳與氨，故不會帶來不良影響。
本發明中，使用胺類時，能夠以良好效率吸收二氧化碳。為了能夠以簡易操作且容易去除，宜為下列範圍較佳。亦即，吸收氣體前，在含碳酸鹼之水溶液中，相對於碳酸鹼1莫耳，胺類為0.001莫耳以上1莫耳以下進行摻合較佳，0.005莫耳以上0.8莫耳以下摻合更佳，0.01莫耳以上0.5莫耳以下摻合較佳。胺類之濃度越高，則二氧化碳之吸收有越快的傾向。另一方面，胺類之濃度若過高，後處理會變得煩雜，或是有發出臭味的問題。所以，胺類宜使用容易除去且可取得、回收、再利用的氨較佳。如上述，尤其是在使用氨鹼法之工廠，使用氨之利用價值高。
使用胺類時，可以每次都在含碳酸鹼之水溶液摻合胺類。又，下列詳述之二氧化碳回收步驟中，和水接觸時，因為胺類溶解於水，故也可藉由使此含胺類之水和含碳酸鹼之前述水溶液予以混合以循環使用。又，下列詳述之氣體回收步驟中，將胺類和其他氣體一起回收時，可以將氣體吸收步驟處理後的氣體和水接觸，以使胺類進入水。當然也可以將此含胺類之水予以循環使用。 又，使用胺類的情形，為了將二氧化碳予以充分吸收，宜設為10℃以上70℃以下之溫度範圍較佳，20℃以上60℃以下之溫度範圍更佳。
本發明中，吸收氣體後，含碳酸鹼之水溶液宜成為下列組成較佳。亦即，含有之碳酸鹼之45質量%以上成為碳酸氫鹼較佳，60質量%以上成為碳酸氫鹼更佳，70質量%以上成為碳酸氫鹼又更佳。成為碳酸氫鹼之比例之最理想值之上限為100質量%。惟若考慮工業的運轉、回收，該上限值也可為99質量%。碳酸鹼即使有殘存也不會帶來不良影響。又，即使使用胺類時，碳酸鹼成為碳酸氫鹼之比例宜為上述範圍較佳。此時，胺類以維持胺類狀態(氨的情形，為維持氨的狀態)、碳酸胺類(氨的情形，為碳酸銨)、及/或碳酸氫胺類(氨的情形，為碳酸氫銨)的形式存在即可。
＜氣體回收步驟＞ 本發明中，氣體回收步驟，係使前述氣體吸收步驟處理後的氣體亦即和含碳酸鹼之水溶液接觸後之氣體予以回收之步驟。該氣體回收步驟無特殊限制，使用通常的回收設備即可。 又，如前述，使用胺類時，有時此氣體回收步驟會回收含胺類之氣體。於此情形，藉由使前述氣體吸收步驟處理過的氣體和水接觸，也可使胺類溶於水並分離。此含胺類之水可以循環使用。其中，使用氨時，除了循環使用以外，也可作為氨鹼法使用之原料。處理過之氣體與水之接觸，宜於可將所含胺類充分除去之條件下實施。
此氣體回收步驟獲得之氣體，係二氧化碳減少之氣體。並且，如前述，藉由處理氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為10/1~100/1之範圍之排氣，可獲得氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為10/1~100/1之範圍之氣體。其中，以氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)成為20/1之方式，製備待處理之排氣之各成分較佳。
本發明中，此氣體回收步驟獲得之氣體取決於待處理之氣體之組成，但依照本發明，能以良好效率減少二氧化碳，故能獲得下列組成之氣體。具體而言，二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為0~30體積%、氮氣為65~90體積%、氧氣為0.1~10體積%較佳。
當然，氣體回收步驟獲得之氣體中，二氧化碳之比例比起處理前之排氣減少。又，此氣體回收步驟獲得之氣體，為了進一步減少二氧化碳，也可作為排氣而循環使用。又，也能以和其他排氣混合而得之待處理之排氣來循環使用。
前述氣體回收步驟獲得之含氮氣及氧氣之氣體，可藉由調整待處理之排氣之濃度而使用在各式各樣的用途。惟為了使各成分之純度更高，尤其氮氣之濃度更高且熱予以有效利用，宜實施下列第1精製步驟較佳。
＜第1精製步驟＞ 前述氣體回收步驟獲得之氣體可以直接回收並利用，但為了更減少該氣體中含有的氧氣，可採用如下列之第1精製步驟。又，當然此第1精製步驟可待前述氣體回收步驟先進行回收後再針對所回收之氣體進行處理，但也可將氣體吸收步驟排出之氣體直接進行處理。又，亦可將氣體回收步驟後再以下列詳述之第2精製步驟處理後之氣體以此第1精製步驟進行處理。
又，使用胺類時，宜在實施此第1精製步驟前先將胺類從待處理之氣體除去較佳。
前述氣體回收步驟回收之氣體(和氣體吸收步驟排出之氣體為同樣組成之氣體)也可作為不活潑之氣體使用，故能夠以下列方法輕易且安全地減少氧氣。亦即藉由將氣體回收步驟獲得之氣體和氫混合，並使用鉑觸媒而從氧氣與氫氣製造水，可獲得高濃度的氮氣。此獲得之水，可以利用於減少氮氣中含有的雜質。
混合之氫氣可因應前述回收之氣體之氧氣之濃度而適當決定。使用之鉑觸媒例如可使用日本專利5389753號公報、日本專利6430772號公報等記載者。
此第1精製步驟為發熱反應。亦取決於待處理之氣體中含有的氧氣之量，但有高發熱量。反應本身宜於鉑觸媒存在下，將氣體回收步驟獲得之含氮氣及氧氣之氣體、和氫氣於成為50~450℃之溫度之範圍接觸較佳。所以，此第1精製步驟需冷卻。藉由將此冷卻時獲得之熱使用於下列詳述之分解步驟，也可將熱有效利用。
針對其他之條件，考慮處理之氣體中含有的氧氣之量、鉑觸媒之活性維持之觀點，適當決定即可。所以，此第1精製步驟也可以多階段實施。
如此的施行了氧氣減少處理之氣體可直接作為高濃度的氮氣使用。進而，經施行了氧氣減少處理之該氣體，可作為成為處理對象之排氣而和其他排氣混合。並且，此混合之排氣，可調整成氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)為100/1~1000/1之範圍。 又，僅實施此第1精製步驟而獲得之氣體，當定二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為1~35體積%、氮氣為65~99體積%、氧氣為0~1體積%較佳。 又，第2精製步驟後之氣體以此第1精製步驟處理時，當定二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為0~1體積%、氮氣為99~100體積%、氧氣為0~1體積%較佳。
如此的高濃度的氮氣，除了前述用途，也可作為氮化物等陶瓷原料利用。又，依照本發明可獲得高濃度的氮氣，故能輕易液化，於物流方面亦有利。
本發明中，依以上之方法也能回收濃度充分高的氮氣。其中，當製造二氧化碳更除去之氣體時，宜將氣體回收步驟獲得之含氮氣及氧氣之氣體以下列第2精製步驟處理較佳。
又，前述第1精製步驟只要是氣體回收步驟獲得之氣體(氣體吸收步驟排出之氣體)即可，也可將先實施下列詳述之第2精製步驟而獲得之氣體以前述第1精製步驟處理。
＜第2精製步驟＞ 本發明中，為了更高程度地去除二氧化碳，宜實施將進行前述第1精製步驟前之含氮氣及氧氣之氣體、或前述第1精製步驟後之含氮氣及氧氣之氣體(以下有時總括簡稱「回收氣體」)、和鹼水溶液接觸之第2精製步驟較佳。亦即，宜將該回收氣體和含氫氧化鹼之水溶液接觸較佳。接觸方法等，可採用和氣體吸收步驟相同之方法。
又，於前述氣體回收步驟使用胺類且將進行第1精製步驟前之含氮氣及氧氣之氣體以此第2精製步驟處理時，可為預先將胺類利用水除去後之回收氣體，也可為含胺類之回收氣體。為了將步驟更簡化，將含胺類之回收氣體直接進行處理較佳。
本發明中，前述氫氧化鹼為氫氧化鈉、及/或氫氧化鉀較佳。該水溶液之氫氧化鹼之濃度為10~48質量%較佳。又，該回收氣體與含氫氧化鹼之水溶液接觸時之溫度，設為10℃~70℃之溫度範圍較佳，20℃~60℃之溫度範圍更佳。
本發明中，係使排氣中有某個程度之二氧化碳已分離、除去後之回收氣體和含氫氧化鹼之水溶液接觸。亦即，二氧化碳之濃度已減低，故即使是反應速度快，為發熱反應之氫氧化鹼之水溶液與二氧化碳之反應，也能輕易地安全地控制。和習知技術就此點亦為不同。
此第2精製步驟中，和氫氧化鹼反應而獲得之碳酸鹼，可作為製品而抽出，也可循環到氣體吸收步驟。又，碳酸鹼可直接和二氧化碳反應，也可作為碳酸氫鹼之製品而抽出，也可以下列詳述之分解步驟進行處理。再者，即使是含胺類也能循環使用。
第2精製步驟獲得之氣體，取決於待處理之氣體之組成，依照本發明能夠以良好效率減少二氧化碳，故能成為下列組成。具體而言，處理第1精製步驟後獲得之含氮氣及氧氣之氣體時，當定二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為0~1體積%、氮氣為99~100體積%、氧氣為0~1體積%較佳。
又，將從實施第1精製步驟前之氣體回收步驟獲得之氣體以第2精製步驟處理時，當定二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為0~1體積%、氮氣為90~99.5體積%、氧氣為0.5~10體積%較佳。
當然，回收氣體精製步驟獲得之氣體中，二氧化碳之比例比起氣體回收步驟獲得之回收氣體為低。 又，前述第1精製步驟已說明，但第1精製步驟、及第2精製步驟可只實施其中任一者。又，實施兩步驟時，何者先實施皆可。為了獲得更高純度之氮氣，宜實施兩步驟較佳。
＜分解步驟＞ 然後針對分解步驟說明。 本發明中，分解步驟係指將前述氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳之步驟。若顯示鹼為鉀時之反應式，則如下。 2KHCO3 →K2 CO3 ＋CO2 ＋H2 O
於此分解步驟，係製造從碳酸氫鹼回收了二氧化碳後之溶液(含碳酸鹼之水溶液)。該分解係以工廠等的廢熱加熱並回收二氧化碳，另外，將獲得之碳酸鹼供給循環步驟。
本發明中，於分解步驟分解之碳酸氫鹼，係前述氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分。為了以良好效率將二氧化碳回收，將前述氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之全量分解較佳。惟假設並非將全量之碳酸氫鹼分解，而是在下列詳述之循環步驟和碳酸鹼一起供給氣體吸收步驟，也不會有不良影響。所以，於此分解步驟分解之碳酸氫鹼之量，宜相對於氣體吸收步驟製造之全部碳酸氫鹼，有50質量%以上已分解較佳，進而有70質量%以上已分解較佳。又，如前述，最宜為100質量%之碳酸氫鹼已分解。
分解步驟分解之碳酸氫鹼，能先將氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼以固體形式取出，並分解獲得之固體之碳酸氫鹼。將固體之碳酸氫鹼分解時，能夠將分解步驟使用之裝置縮小化。又，能將碳酸氫鹼之一部分溶解，一部分以固體形式存在之漿液狀態者予以分解。進而，能將含碳酸氫鹼之水溶液者分解。其中，若考量操作性、二氧化碳之回收率等，漿液或水溶液較佳。
碳酸氫鹼以漿液、或水溶液之狀態分解時，碳酸氫鹼之濃度無特殊限制。其中，若考慮操作性等，宜使用碳酸氫鹼為5~45質量%之濃度範圍之漿液或水溶液較佳。更具體而言，碳酸氫鈉的情形，宜使用碳酸氫鈉成為5~25質量%之濃度的漿液或水溶液較佳。又，使用碳酸氫鉀時，宜使用碳酸氫鉀成為25~45質量%之濃度的漿液或水溶液較佳。其中，碳酸氫鉀對於水之溶解度高，故即使是成為25~55質量%之濃度的漿液或水溶液，也能充分處理。
本發明中，供分解之水溶液，係在前述氣體回收步驟中從含碳酸鹼之水溶液成為含碳酸氫鹼之水溶液者。所以，氣體回收步驟使用之水溶液中含有的碳酸鹼之45質量%以上成為碳酸氫鹼者較理想，60質量%以上成為碳酸氫鹼者更佳，70質量%以上成為碳酸氫鹼者又更佳。成為碳酸氫鹼之比例之最理想值之上限為100質量%。惟若考慮工業化運轉、回收，該上限值亦可為99質量%。即使碳酸鹼殘存也無不良影響。又，即使使用胺類，也宜為上述範圍較佳。此時，胺類以胺類原狀、碳酸胺類及/或碳酸氫胺類存在即可。
所以，供分解之碳酸氫鹼中，有時會混入氫氧化鹼及/或碳酸鹼。氫氧化鹼係來自製造碳酸鹼時之原料。碳酸鹼，如前述，係於氣體吸收步驟未和二氧化碳反應而殘留者。惟氫氧化鹼、及碳酸鹼皆於分解步驟不會造成不利影響。所以，分解步驟中，碳酸氫鹼中含有的此等雜質，相對於碳酸氫鹼100質量份，氫氧化鹼為10質量份以下較佳，進而氫氧化鹼為3質量份以下較佳。下限值為氫氧化鹼0質量份。另一方面，相對於碳酸氫鹼100質量份，碳酸鹼為85質量份以下較佳，45質量份以下更佳，30質量份以下又更佳。下限值為碳酸鹼0質量份。惟若考量工業化運轉、回收，則相對於碳酸氫鹼100質量份，碳酸鹼為1質量份以上較佳。再者，供分解之碳酸氫鹼，如前述，當使用胺類時，能以胺類原狀、碳酸胺類及/或碳酸氫胺類的形式存在。
本發明中，將前述碳酸氫鹼分解時，為了將固體之碳酸氫鹼分解，可以邊使固體擴散、分散邊加熱即可。並且，系內之溫度設為該碳酸氫鹼會分解之溫度即可。又，設為將漿液狀態者邊攪拌、加熱，該碳酸鹼會分解之溫度即可。
將碳酸氫鹼分解之溫度為50~200℃較佳，100~180℃更佳，120~170℃又更佳。若為此溫度範圍，則能將碳酸氫鹼分解，二氧化碳之回收、及碳酸鹼循環使用將變得容易。於此情形，於加壓下，具體而言，0~9Kg/cm2 G之加壓下，設為50~200℃之溫度範圍較佳，100~180℃之溫度更佳。
又，此碳酸氫鹼分解需要之熱，能利用於前述第1精製步驟發出之熱。亦即，第1精製步驟之精製或中間氣體因為反應熱而高溫化，此熱源直接送到分解步驟之熱交換器，並作為將碳酸氫鹼分解之熱源而回收。
＜高溫之分解＞ 其中，當於超過130℃且200℃以下，較佳為120℃以上180℃以下，更佳為120℃以上170℃以下之溫度範圍分解時，分解後獲得之水溶液，相對於碳酸鹼100質量份，氫氧化鹼為10質量份以下較佳，碳酸氫鹼為10質量份以下較佳。進而，氫氧化鹼為3質量份以下較佳，碳酸氫鹼為3質量份以下較佳。針對下限值，氫氧化鹼、及碳酸氫鹼皆為0質量份。
＜低溫之分解＞ 當然，此分解並不一定要使用第1精製步驟之熱來實施。例如：若有其他工廠等在附近且在運作，也可利用由其而來之熱。為了工業化運轉、回收、及有效利用工廠廢熱，宜於比較低溫實施分解較佳。於此情形，宜於50℃以上且未達120℃之溫度範圍將碳酸氫鹼分解較佳，於70℃以上且未達120℃之溫度範圍分解更佳，於80℃以上110℃以下之溫度範圍分解更佳。以如此的比較低溫實施碳酸氫鹼之分解時，分解後成為碳酸鹼與碳酸氫鹼以下列比例存在之水溶液較佳。亦即，由循環步驟向氣體吸收步驟循環之含碳酸鹼之水溶液也可為下列組成。具體而言，相對於碳酸鹼100質量份，碳酸氫鹼為0質量份以上且未達300質量份較佳，30質量份以上且為240質量份以下較佳，40質量份以上且為220質量份以下更佳，50質量份以上且為200質量份以下又更佳。 又，使用胺類時，此分解步驟中，一部分會分解為胺類及二氧化碳，故能回收。
本發明中，使前述碳酸氫鹼分解之其他條件，以能夠使碳酸氫鹼分解之方式來適當決定即可。 亦即，依照本發明，此分解步驟獲得之氣體，當定二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為98~100體積%、氮氣為0~1.5體積%、氧氣為0~0.5體積%較佳，再者，二氧化碳為100體積%、氮氣為0體積%、氧氣為0體積%最理想。 藉由實施上列分解步驟，能夠製造碳酸鹼及二氧化碳。
＜循環步驟＞ 然後針對將獲得之碳酸鹼循環使用之循環步驟說明。 循環步驟，係將前述分解步驟獲得之碳酸鹼向前述氣體吸收步驟循環之步驟。 在此循環之碳酸鹼，為固體、漿液、及水溶液之狀態皆可。固體的情形，能夠將裝置縮小化。若為漿液、及水溶液之狀態，則能輕易循環。
向前述氣體吸收步驟循環之碳酸鹼，除了碳酸鹼以外，也可含有氫氧化鹼、及/或碳酸氫鹼。氫氧化鹼，據認為係來自原本存在之原料。碳酸氫鹼係分解步驟未分解而殘留者。惟氫氧化鹼、及碳酸氫鹼皆於氣體吸收步驟不會有不利影響。所以，循環步驟中，將前述分解步驟中之高溫分解、低溫分解之項目說明之分別含碳酸鹼、氫氧化鹼、及碳酸氫鹼之水溶液向氣體吸收步驟循環即可。使用胺類時，將水溶液中含有的胺類直接循環使用即可。
從循環步驟將碳酸鹼向氣體吸收步驟循環時，宜以使氣體吸收步驟中之碳酸鹼之濃度成為一定之方式，調整其濃度並使其循環較佳。於此情形，視需要追加碳酸鹼亦可，視需要追加胺類亦可。
＜二氧化碳回收步驟＞ 然後，針對二氧化碳回收步驟說明。 二氧化碳回收步驟，係將前述分解步驟獲得之二氧化碳回收之方法。係將該分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液，較佳為與水接觸後，將二氧化碳回收之步驟。
分解步驟排出之二氧化碳，宜先和水溶液接觸後再回收較佳。尤其該水溶液為水較佳，例如：也可使用一般工廠使用之工業用水。本發明中，氣體吸收步驟使用含碳酸鹼之水溶液。所以，當一定要將碳酸氫鹼分解而回收二氧化碳時，有時會以含水之狀態回收。尤其分解步驟中，當使用碳酸氫鹼之漿液或水溶液時，係將二氧化碳和水一起回收。習知方法中，係以水蒸氣汽提法來回收該水溶液中含有的氣體成分，但此方法的話，氣體中會含有更多水分。而若先使分解步驟獲得之氣體(以二氧化碳作為主成分之氣體)和水接觸，能夠輕易地獲得乾燥的二氧化碳。 此外，此步驟中藉由使分解步驟排出之二氧化碳和水溶液接觸，於使用胺類的情形，能輕易地使該胺類和含二氧化碳之氣體予以分離。亦即相較於二氧化碳等，胺類較易溶於水，故能輕易地分離。分離出的含胺類之水能循環使用。
分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液之接觸方法無特殊限制。具體而言，藉由使含飽和水蒸氣之二氧化碳與冷卻水直接混合，並將二氧化碳冷卻，可獲得乾燥的二氧化碳。接觸時之水溶液之溫度也無特殊限制，10~40℃較佳。再者，針對接觸時之條件，就每1L水溶液，以1000L/小時~2000L/小時，更具體而言為1600L/小時左右的條件供給含二氧化碳之氣體較佳。
依如此的方法獲得之二氧化碳，若調整條件，則能設二氧化碳為100質量份，水分量為10質量份以下。最適水分量為0質量份。
又，二氧化碳回收步驟獲得之氣體，和分解步驟獲得之組成相同，當設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計為100體積%時，二氧化碳為98~100體積%，氮氣為0~1.5體積%，氧氣為0~0.5體積%較佳，再者，二氧化碳為100體積%，氮氣為0體積%，氧氣為0體積%最理想
依照本發明，可獲得高純度之二氧化碳。並且獲得之二氧化碳，能作為有機高分子、甲醇、乙醇等醇等的原料使用。又，也可使用為乾冰等，工業的利用價值高。又，依照本發明，能獲得高濃度之二氧化碳，故能輕易地液化，物流方面也有利。
又，本發明中，若排出排氣的工廠有以二氧化碳作為原料之製品之製造手段時，可藉由如下方式將二氧化碳予以循環使用，而使工廠內不排出二氧化碳。即，該工廠，例如有碳酸鹼、碳酸氫鹼(碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀)等的製造手段、或使用氨鹼法之製造手段之工廠，藉由將從二氧化碳回收步驟獲得之二氧化碳作為該製造手段之原料使用，也能使工廠內不排出二氧化碳。又，當然可為該工廠中，從碳酸鹼、碳酸氫鹼製造手段、利用氨鹼法之製造手段排出之排氣，也可為從其他之製造手段排出之排氣。 [實施例]
然後使用實施例對於本發明詳細說明，但本發明不限於本實施例。以下之實施例及比較例中，評價方法等如下所述。
＜實施例1＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成為設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%的排氣，以60,000cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀濃度為60質量%之水溶液供給。此時，碳酸鉀水溶液之溫度(反應溫度)為70℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣1小時後，將獲得之水溶液移到分解步驟(第1精製步驟)。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中已接觸碳酸鉀水溶液後排出之氣體回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳26體積%、氮氣73.4體積%、及氧氣0.6體積%。
第2精製步驟； 使前述氣體回收步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量與氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)接觸。 接觸後之氣體，於設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸混合。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%，含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。
分解步驟； 第1精製步驟之反應為發熱反應，使用前述氣體吸收步驟獲得之含碳酸氫鉀之水溶液作為冷卻媒體。並且實施冷卻同時實施分解步驟。以分解時之該水溶液之溫度也成為150℃的方式，於加壓下使其循環。 確認獲得之水溶液，可知成為碳酸鉀之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。
循環步驟； 使分解步驟獲得之碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。且此氣體之水分量，於設二氧化碳之質量為100質量份時，係7.2質量份。 獲得之氣體中，二氧化碳濃度高，能有效率地利用於碳酸鈉、碳酸氫鈉之製造。
＜實施例2＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成為設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀之濃度為17.5質量%之水溶液供給。此時，碳酸鉀水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣50分鐘後，將獲得之水溶液移到分解步驟(第1精製步驟)。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和碳酸鉀水溶液接觸後排出之氣體回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳26體積%、氮氣73.4體積%、及氧氣0.6體積%。和實施例1為同等結果。
第2精製步驟； 使前述氣體回收步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量和氫氧化鉀濃度為10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)接觸。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，可知為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。且此氣體之水分量，於設二氧化碳之質量為100質量份時係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例3＞ 氣體吸收步驟； 將組成已調整成為設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%之水溶液供給。此時，水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣30分鐘後，使獲得之水溶液移到分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中已接觸含碳酸鉀之水溶液後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含二氧化碳26體積%、氮氣73.4體積%、及氧氣0.6體積%。和實施例1為同等結果。
第2精製步驟； 使前述氣體回收步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量和氫氧化鉀濃度為10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)接觸。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。此從第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，可知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。而此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份時為7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例4＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成為二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀17.5質量%、氨0.2質量%(相對於碳酸鉀1莫耳，氨為0.093莫耳)之水溶液供給。此時，水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣40分鐘。使獲得之水溶液移到分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和含碳酸鉀水溶液之水溶液接觸後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳20.3體積%、氮氣79.0體積%、及氧氣0.7體積%。又，含有一些氨。
和水之接觸； 使前述氣體回收步驟排出之氣體接觸水2公升。獲得之氣體不含氨，含有二氧化碳20.3體積%、氮氣79.0體積%、及氧氣0.7體積%。
第2精製步驟； 使前述和水接觸獲得之氣體，以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。此從第1精製步驟排出之氣體，於設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，可知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%、氨0.1質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氨、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳95.8體積%、氨3.6體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。而此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份時係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例5＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成為二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對碳酸鈉濃度為14質量%之水溶液供給。此時，碳酸鈉水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣70分鐘。使獲得之水溶液移到分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和碳酸鈉水溶液接觸後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳31.6體積%、氮氣67.8體積%、及氧氣0.6體積%。
第2精製步驟； 使前述氣體回收步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液(有一部分看來是碳酸氫鈉之固體成分存在)於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，可知成為碳酸鈉9質量%、碳酸氫鈉7質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鈉之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份，係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例6＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳8.0體積%、氮氣91.5體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以138,125cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀濃度為17.5質量%之水溶液供給。此時，碳酸鉀水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣125分鐘後，使獲得之水溶液移向分解步驟(第1精製步驟)。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和碳酸鉀水溶液接觸後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳6.4體積%、氮氣93.1體積%、及氧氣0.5體積%。
第2精製步驟； 使前述氣體回收步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，得知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份，係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例7＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於碳酸鉀17.5質量%、氨0.04質量%(相對於碳酸鉀1莫耳為氨0.019莫耳)之水溶液供給。此時，水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣45分鐘。使獲得之水溶液移向分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和含有碳酸鉀水溶液之水溶液接觸後排出之氣體回收，結果，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳23.5體積%、氮氣75.8體積%、及氧氣0.7體積%。又，含有一些氨。
和水之接觸； 使前述氣體回收步驟排出之氣體和水2公升接觸。獲得之氣體不含氨，含有二氧化碳23.5體積%、氮氣75.8體積%、及氧氣0.7體積%。
第2精製步驟； 使前述和水接觸獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，得知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%、氨0.02質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氨、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳98.4體積%、氨1.0體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。且此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份時，係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例8＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於含有碳酸鉀17.5質量%、氨0.4質量%(相對於碳酸鉀1莫耳，氨為0.185莫耳)之水溶液供給。此時，水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣35分鐘。使獲得之水溶液移向分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和含有碳酸鉀水溶液之水溶液接觸後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳15.6體積%、氮氣83.7體積%、及氧氣0.7體積%。又，含有一些氨。
和水之接觸； 使前述氣體回收步驟排出之氣體和水2公升接觸。獲得之氣體中不含氨，含有二氧化碳15.6體積%、氮氣83.7體積%、及氧氣0.7體積%。
第2精製步驟； 使前述和水接觸獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，得知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%、氨0.2質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氨、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳90.4體積%、氨9.0體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。且此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份時係7.2質量份。和實施例1為同等結果。
＜實施例9＞ 氣體吸收步驟； 將組成調整成設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳42.5體積%、氮氣57體積%及氧氣0.5體積%之排氣，以26,000cm3 /小時之供給量對於含有碳酸鉀17.5質量%、氨2.0質量%(相對於碳酸鉀1莫耳，氨為0.927莫耳)之水溶液供給。此時，水溶液之溫度為25℃，該水溶液係持續攪拌。 供給排氣30分鐘。使獲得之水溶液移向分解步驟。
氣體回收步驟； 將前述氣體吸收步驟中和含有碳酸鉀水溶液之水溶液接觸後排出之氣體予以回收，結果設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳8.5體積%、氮氣90.7體積%、及氧氣0.8體積%。又，含有一些氨。
與水接觸； 使前述氣體回收步驟排出之氣體和水2公升接觸。獲得之氣體中不含氨，含有二氧化碳8.5體積%、氮氣90.7體積%、及氧氣0.8體積%。
第2精製步驟； 使前述和水接觸獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量接觸氫氧化鉀濃度10質量%的水溶液(該水溶液之溫度設為40℃)。 接觸後之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.1體積%、及氧氣0.9體積%。和實施例1為同等結果。
第1精製步驟； 將第2精製步驟獲得之氣體以60,000cm3 /小時之供給量、與氫氣以4200cm3 /小時之供給量混合，於鉑觸媒存在下於420℃之溫度使兩者接觸。從此第1精製步驟排出之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時含有二氧化碳0體積%、氮氣99.9體積%、及氧氣0.1體積%。和實施例1為同等結果。
分解步驟； 將氣體吸收步驟獲得之水溶液於常壓下加熱到100℃。該水溶液係持續攪拌。 確認獲得之水溶液，得知成為碳酸鉀10質量%、碳酸氫鉀10質量%、氨1.0質量%之水溶液。再者，分解步驟排出之氣體，設二氧化碳、氨、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳66.4體積%、氨33.2體積%、氮氣0.3體積%、及氧氣0.1體積%。
循環步驟； 使分解步驟獲得之含碳酸鉀之水溶液向前述氣體吸收步驟循環。
二氧化碳回收步驟； 使分解步驟排出之氣體和水接觸。最終獲得之氣體，設二氧化碳、氮氣、及氧氣之合計量為100體積%時，含有二氧化碳99.4體積%、氮氣0.5體積%、及氧氣0.1體積%。並且，此氣體之水分量，設二氧化碳之質量為100質量份時，係7.2質量份。和實施例1為同等結果。 又，針對摻合氨獲致之效果，彙整實施例2、實施例4、及實施例7~9之結果於表1。
【表1】
  氣體吸收步驟 水溶液氨濃度(質量%) 氣體吸收步驟 吸收時間 (分) 氣體回收步驟 二氧化碳濃度(體積%) 分解步驟-排氣氨濃度 (體積%)
實施例2 0 50 26 0
實施例4 0.2 40 20.3 3.6
實施例7 0.04 45 23.5 1.0
實施例8 0.4 35 15.6 9.0
實施例9 2.0 30 8.5 33.2
圖1係說明本發明之理想態樣之步驟圖。 圖2係說明本發明中使用胺類時之理想態樣之步驟圖。

Claims (8)

  1. 一種氣體回收方法，係從含有二氧化碳、氮氣及氧氣之排氣分離為二氧化碳、以及含有氮氣及氧氣之氣體並予以回收之方法， 其特徵為包括下列步驟： 氣體吸收步驟，藉由使該排氣與含有碳酸鹼之水溶液接觸以使該排氣中之二氧化碳反應而成為含有碳酸氫鹼之水溶液； 氣體回收步驟，將從該氣體吸收步驟排出之含有氮氣及氧氣之氣體予以回收； 分解步驟，將該氣體吸收步驟獲得之碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳； 循環步驟，將該分解步驟獲得之碳酸鹼之至少一部分向該氣體吸收步驟循環；以及 二氧化碳回收步驟，當將該分解步驟獲得之二氧化碳予以回收時，使該分解步驟排出之含二氧化碳之氣體與水溶液接觸後，將二氧化碳回收。
  2. 如請求項1之氣體回收方法，其中，該碳酸鹼為碳酸鉀，該碳酸氫鹼為碳酸氫鉀。
  3. 如請求項1或2之氣體回收方法，其中，該氣體吸收步驟中，含碳酸鹼之該水溶液係更含有胺類之水溶液。
  4. 如請求項3之氣體回收方法，其中，該胺類為氨。
  5. 如請求項1或2之氣體回收方法，更包括確認供給該氣體吸收步驟前之排氣之組成之步驟。
  6. 如請求項1或2之氣體回收方法，其中，該排氣中，氮氣相對於氧氣之體積比(氮氣/氧氣)成為10/1以上且100/1以下。
  7. 如請求項1或2之氣體回收方法，更包括第1精製步驟，係將該氣體回收步驟獲得之含有氮氣及氧氣之氣體，與氫氣，在鉑系觸媒存在下反應而減少該氣體中之氧氣， 該分解步驟中，使用在該第1精製步驟產生之熱而將碳酸氫鹼之至少一部分分解為碳酸鹼及二氧化碳。
  8. 如請求項7之氣體回收方法，包括第2精製步驟，係使進行第1精製步驟前之含有氮氣及氧氣之氣體、或第1精製步驟後之含有氮氣及氧氣之氣體，與鹼水溶液接觸。
TW109117757A 2019-05-28 2020-05-28 二氧化碳及其他氣體之回收方法 TW202102296A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-099712 2019-05-28
JP2019099712 2019-05-28
JP2020-037751 2020-03-05
JP2020037751 2020-03-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202102296A true TW202102296A (zh) 2021-01-16

Family

ID=73552240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109117757A TW202102296A (zh) 2019-05-28 2020-05-28 二氧化碳及其他氣體之回收方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220234000A1 (zh)
JP (1) JP6834066B1 (zh)
CN (1) CN113840803B (zh)
TW (1) TW202102296A (zh)
WO (1) WO2020241654A1 (zh)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3716195B2 (ja) * 2001-08-21 2005-11-16 関西電力株式会社 脱硫脱炭酸方法
KR20060002927A (ko) * 2003-04-04 2006-01-09 보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 제거하기 위한폴리아민/알칼리 염 혼합물
JP4746111B2 (ja) * 2009-02-27 2011-08-10 三菱重工業株式会社 Ｃｏ２回収装置及びその方法
CN102000486B (zh) * 2010-10-18 2012-11-21 武汉凯迪电力股份有限公司 活性碳酸钠捕集烟气中二氧化碳的方法及其设备
JP5636306B2 (ja) * 2011-02-14 2014-12-03 バブコック日立株式会社 Ｃｏ２化学吸収システムの制御方法
EP3685907B1 (en) * 2012-10-11 2022-11-30 Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. Air pollution control system and air pollution control method
EP2928822B1 (en) * 2012-11-15 2017-03-29 Sri International Inc. Rate enhancement of co2 absorption in aqueous potassium carbonate and ammonia solutions
JP5991330B2 (ja) * 2014-01-29 2016-09-14 信越半導体株式会社 シリコン単結晶製造装置からのアルゴンガス回収精製方法及びアルゴンガス回収精製装置
US9901846B2 (en) * 2014-11-21 2018-02-27 Gas Technology Institute Energy efficient solvent regeneration process for carbon dioxide capture
JP2016159239A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 二酸化炭素の回収装置および回収方法
JP6304089B2 (ja) * 2015-03-24 2018-04-04 信越半導体株式会社 アルゴンガスの精製方法及びアルゴンガスの回収精製装置
JP6297006B2 (ja) * 2015-03-30 2018-03-20 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 二酸化炭素製造設備及び二酸化炭素製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6834066B1 (ja) 2021-02-24
WO2020241654A1 (ja) 2020-12-03
CN113840803B (zh) 2024-02-02
JPWO2020241654A1 (ja) 2021-09-13
US20220234000A1 (en) 2022-07-28
CN113840803A (zh) 2021-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0487102B1 (en) Recycling system for the recovery and utilization of CO2 gas
CN101780371B (zh) 联合脱除烟气中二氧化碳和二氧化硫的方法
US20110300043A1 (en) Method and system for removing carbon dioxide from exhaust gas by utilizing seawater
CN101417798A (zh) 一种稻壳燃烧废气和废渣综合利用的方法
JP2013514877A (ja) Ｉｉ族の炭酸塩および二酸化ケイ素の形成による二酸化炭素隔離
CN103221103A (zh) 由于硫的氧化物的进入而被污染的胺类溶剂的处理
JP2007091560A (ja) 塩化水素ガスの精製方法
JP2008132483A (ja) 燃焼排ガス中の二酸化炭素の化学固定法
CN102441322A (zh) 一种烟气脱硫并副产絮凝剂的方法
CN106477525B (zh) 一种氯代反应尾气氯化氢脱氯气净化方法
CN109012110B (zh) 一种利用氢氧化钠及碳酸钠捕集二氧化碳的方法
TW202102296A (zh) 二氧化碳及其他氣體之回收方法
CN103055682A (zh) 固体燃料发电站废弃物综合处理工艺及其设备
CN109012089B (zh) 一种利用氢氧化钾及碳酸钾捕集二氧化碳的方法
KR101527452B1 (ko) 탄산 세정수를 이용한 암모니아의 슬립 억제방법
JP2011162404A (ja) 炭酸ナトリウムの製造方法
CN1156392C (zh) 从谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法
CN110090550A (zh) 一种基于镁盐预热分解的焦炉烟气脱硫方法
KR100934586B1 (ko) 순환공정에 의한 혼합가스 중의 산성가스 분리 및 흡수제 재생 장치 및 그 방법
CN108821315A (zh) 热化学循环矿化co2同时分解h2o制h2的方法及装置
CN109045963B (zh) 一种氧化-吸收脱除燃煤烟气中气态二氧化硒的方法
WO2020124184A1 (pt) Processo de captura de co2 e processo de regeneração contínua de solvente
JP4915095B2 (ja) 一酸化炭素の製造方法及びホスゲンの製造方法
RU2725319C2 (ru) Способ получения диоксида углерода для производства кальцинированной соды аммиачным методом
CA2373402A1 (en) Method of production of magnesium and chlorine from magnesium chloride solutions containing ammonium chloride