WO2017135468A1 - 二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システム - Google Patents

二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システム Download PDF

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祥平 西部
英和 岩▲崎▼
克浩 吉澤
雄志 奥村
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide recovery system that recovers carbon dioxide desorbed from a carbon dioxide adsorbent, and a carbon dioxide separation and recovery system including the carbon dioxide recovery system.
  • carbon dioxide is separated from a gas to be treated containing carbon dioxide using a solid carbon dioxide adsorbent.
  • the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide is regenerated by desorbing the retained carbon dioxide, and is used again for adsorption of carbon dioxide.
  • Patent Document 1 A system that continuously performs adsorption and desorption of carbon dioxide with respect to such a carbon dioxide adsorbent is described in Patent Document 1, for example.
  • the conventional carbon dioxide separation and recovery system disclosed in Patent Document 1 transfers an adsorbent from a cooling tower to a hopper, a hopper, an adsorption tower, a regeneration tower, a drying tower, a cooling tower, and a cooling tower arranged in order in the vertical direction. And a conveyor.
  • the adsorbent accommodated in the hopper moves downward by its own weight in the order of the adsorption tower, the regeneration tower, the drying tower, and the cooling tower, and is put into the hopper by a conveyor.
  • a moving bed of the adsorbent is formed in each tower.
  • the gas to be treated and the adsorbent come into contact with each other in the adsorption tower, and the carbon dioxide contained in the gas to be treated is adsorbed by the adsorbent.
  • the regeneration tower the supplied water vapor and the adsorbent come into contact with each other, and the water vapor is condensed on the surface of the adsorbent after the carbon dioxide adsorption, whereby carbon dioxide is released from the adsorbent.
  • the carbon dioxide desorbed from the adsorbent is forcibly exhausted by the pump and stored in the carbon dioxide holder.
  • the adsorbent to which the condensed water adheres is dried in the drying tower, cooled in the cooling tower, returned to the hopper, and again used for carbon dioxide adsorption.
  • Patent Document 1 when the pressure in the regeneration tower is lower than the external pressure, external air flows into the regeneration tower, and the concentration of recovered carbon dioxide is reduced. It is described that air leak prevention means such as a lock hopper is provided.
  • FIG. 8 shows an adsorption tank 11, a desorption tank 12, and a configuration for collecting carbon dioxide from the desorption tank 12 in a conventional carbon dioxide separation and recovery system 100 provided with a lock hopper.
  • the desorption tank 12 is disposed below the adsorption tank 11, and the desorption tank 12 and the carbon dioxide holder 17 are connected by a carbon dioxide recovery pipe 31.
  • the carbon dioxide recovery pipe 31 is provided with a pump 16, and the carbon dioxide desorbed from the adsorbent in the desorption tank 12 is forcibly exhausted from the desorption tank 12 and passed through the carbon dioxide recovery pipe 31 to the carbon dioxide holder 17. Collected.
  • At least one hopper (lock hopper) 61 is provided in the adsorbent channel 21 connecting the outlet of the adsorption tank 11 and the inlet of the desorption tank 12.
  • An inlet valve 62 is provided at the inlet of the hopper 61, and an outlet valve 63 is provided at the outlet of the hopper 61 so that the inside of the hopper 61 can be sealed by closing the inlet valve 62 and the outlet valve 63. It has become.
  • the inside of the hopper 61 is connected to the exhaust pipe 64.
  • the inlet valve 62 and the outlet valve 63 are closed, and the inlet valve 62 is opened after the inside becomes normal pressure by taking in outside air.
  • the adsorbent falls from the adsorption tank 11 to the hopper 61.
  • the inlet valve 62 is closed again, the exhaust pipe 64 and the carbon dioxide recovery pipe 31 are communicated, and the internal gas is forcibly exhausted. If the internal pressure of the hopper 61 and the internal pressure of the desorption tank 12 become equal, forced exhaust is stopped and the outlet valve 63 is opened. Thereby, the adsorbent falls from the hopper 61 to the desorption tank 12.
  • the gas sent from the hopper 61 to the carbon dioxide holder 17 through the exhaust pipe 64 and the carbon dioxide recovery pipe 31 includes outside air. It is.
  • the outside air taken into the carbon dioxide holder 17 in this way may cause the carbon dioxide concentration in the carbon dioxide holder 17 to decrease.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an improved carbon dioxide recovery system in terms of suppressing a decrease in the concentration of carbon dioxide recovered in a carbon dioxide holder, and a carbon dioxide separation and recovery system including the same. Propose.
  • a carbon dioxide recovery system is provided.
  • a desorption tank that contains a solid adsorbent that has adsorbed carbon dioxide and performs a process of desorbing the carbon dioxide from the adsorbent;
  • a carbon dioxide holder connected via the desorption tank and a carbon dioxide recovery pipe;
  • a pump provided in the carbon dioxide recovery pipe, and pumps the gas in the desorption tank through the carbon dioxide recovery pipe to the carbon dioxide holder;
  • At least one hopper an inlet valve for opening and closing the inlet of the hopper, an outlet valve for opening and closing the outlet of the hopper, an exhaust pipe connected to the hopper and exhausting from the hopper, an exhaust valve for opening and closing the exhaust pipe,
  • An air supply pipe connected to the hopper for supplying carbon dioxide to the hopper, and an air supply valve for opening and closing the air supply pipe, and at least one pressure switching device, One of the at least one pressure switching device is provided above the adsorbent inlet of the desorption tank, and the outlet of the hopper communicates with the desorption tank
  • the carbon dioxide separation and recovery system includes: An adsorption tank for performing a treatment for adsorbing carbon dioxide contained in the gas to be treated on the adsorbent;
  • the carbon dioxide recovery system is provided below the adsorption tank.
  • the air supply pipe may be connected to at least one of the downstream portion of the carbon dioxide recovery pipe and the carbon dioxide holder.
  • a buffer tank may be provided upstream of the carbon dioxide recovery pipe from the pump, and the air supply pipe may be connected to the buffer tank.
  • the pump can be stably operated by suppressing the pressure fluctuation of the carbon dioxide recovery pipe.
  • the exhaust pipe may be connected to a portion upstream of the pump of the carbon dioxide recovery pipe.
  • an exhaust device for exhausting the inside of the hopper can be used in combination with a pump provided in the carbon dioxide recovery pipe.
  • the gas forcedly exhausted from the hopper is mainly carbon dioxide, and the decrease in the concentration of carbon dioxide recovered in the carbon dioxide holder due to the exhaust from the hopper can be suppressed.
  • the carbon dioxide recovery system includes a plurality of the pressure switching devices, one of which is provided below the adsorbent outlet of the desorption tank, and the inlet of the hopper communicates with the desorption tank. It's okay.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the pressure switching device.
  • FIG. 3 is a first modification of the carbon dioxide separation and recovery system of FIG. 1 in which an air supply pipe is connected to a carbon dioxide source.
  • FIG. 4 is a second modification of the carbon dioxide separation and recovery system of FIG. 1 in which a buffer tank is provided in the carbon dioxide recovery pipe.
  • FIG. 5 is a third modification of the carbon dioxide separation and recovery system of FIG. 1 in which an exhaust pipe is connected to an exhaust machine.
  • FIG. 6 is a fourth modification of the carbon dioxide separation and recovery system of FIG.
  • FIG. 7 is a fifth modification of the carbon dioxide separation and recovery system of FIG. 1 in which a pressure switching device is provided in the flow path from the desorption tank to the drying tank.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration for recovering carbon dioxide from an adsorption tank, a desorption tank, and a desorption tank in a conventional carbon dioxide separation and recovery system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a carbon dioxide separation and recovery system 1 shown in FIG. 1 is a carbon dioxide that selectively separates carbon dioxide contained in a gas to be treated using a solid carbon dioxide adsorbent (hereinafter sometimes simply referred to as “adsorbent”).
  • a separation unit 1A and a carbon dioxide recovery unit 1B (carbon dioxide recovery system) that recovers by desorbing (desorbing) carbon dioxide from the adsorbent are provided.
  • the carbon dioxide separation and recovery system 1 circulates the adsorbent between the carbon dioxide separation unit 1A and the carbon dioxide recovery unit 1B so that the processing is continuously performed.
  • the adsorbent is, for example, a porous material carrying an amine compound.
  • the porous material silica gel, activated carbon, activated alumina, metal oxide and the like can be used.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a carbon dioxide separation and recovery system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a carbon dioxide separation and recovery system 1 shown in FIG. 1 includes an adsorption tank 11, a desorption tank 12, a drying tank 13, and a conveyor 15 that conveys the adsorbent from the outlet of the drying tank 13 to the inlet of the adsorption tank 11. Yes.
  • the adsorbent 11, the desorption tank 12, and the drying tank 13 are arranged in the vertical direction from the top so that the adsorbent moves by gravity from the adsorption tank 11 to the drying tank 13.
  • the adsorbent transported by the conveyor 15 is supplied to the adsorption tank 11 at a predetermined supply speed from an inlet provided in the upper part.
  • a hopper (not shown) that temporarily stores the adsorbent may be provided above the adsorption tank 11, and the adsorbent may be supplied from the hopper to the adsorption tank 11 at a predetermined speed.
  • the adsorbent is supplied from the inlet at the top of the tank and discharged from the outlet at the bottom of the tank, so that the adsorbent moves from the top to the bottom at a predetermined speed.
  • the gas to be processed generated by the gas source to be processed 35 is introduced through the gas supply pipe 36 to be processed.
  • the gas to be treated is, for example, a gas near atmospheric pressure containing 10 to 30% carbon dioxide, such as combustion exhaust gas.
  • the treated gas supply pipe 36 is provided with a cooling tower 37, and the treated gas is cooled to a temperature suitable for the carbon dioxide adsorption reaction in the cooling tower 37.
  • the gas to be treated may be introduced into the adsorption tank 11 after being subjected to pretreatment such as desulfurization, dedusting, temperature reduction, and dehumidification in addition to cooling.
  • a counter-current moving bed is formed in which the gas to be processed flowing upward and the adsorbent moving downward are continuously in contact with each other.
  • the adsorbent selectively adsorbs carbon dioxide.
  • the temperature of the adsorbent at that time is 40 ° C., for example.
  • the supply speed of the gas to be treated and the moving speed of the adsorbent are set so that the adsorption of carbon dioxide is completed within the residence time of the adsorbent in the adsorption tank 11 and, as will be described later, in the desorption tank 12. To desorb carbon dioxide from the adsorbent.
  • the gas to be treated (off-gas) from which carbon dioxide has been separated is discharged from the upper part of the adsorption tank 11.
  • the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide is discharged from the lower portion of the adsorption tank 11.
  • a desorption tank 12 is disposed below the adsorption tank 11, and a flow path 21 that connects an outlet provided in the lower part of the adsorption tank 11 and an inlet provided in the upper part of the desorption tank 12 is a pipe and pressure switching described later. It is formed by the device 6 or the like.
  • the adsorbent discharged from the lower part of the adsorption tank 11 moves to the inlet of the desorption tank 12 by its own weight through the flow path 21.
  • the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide moves from the top to the bottom at a predetermined speed. Further, desorption water vapor supplied from the steam generator 38 is supplied to the lower part of the desorption tank 12. However, the desorption water vapor supplied to the desorption tank 12 may be generated in the drying tank 13 as described later.
  • a countercurrent type moving bed is formed in which the desorption water vapor flowing upward and the adsorbent moving downward are continuously in contact with each other.
  • the desorption water vapor and the adsorbent come into contact with each other, the desorption water vapor condenses on the surface of the adsorbent and releases heat of condensation at that time.
  • the heat of condensation is used as energy for releasing carbon dioxide from the adsorbent.
  • the desorption of carbon dioxide by the condensation of the desorption water vapor is completed in a short time when the desorption water vapor and the adsorbent come into contact with each other, and the desorption tank 12 is filled with almost 100% carbon dioxide in a steady state.
  • the upstream end of the carbon dioxide recovery pipe 31 is connected to the upper part of the desorption tank 12.
  • the downstream end of the carbon dioxide recovery pipe 31 is connected to a carbon dioxide holder 17 that stores carbon dioxide.
  • the carbon dioxide recovery pipe 31 is provided with a pump 16 that sends the gas in the desorption tank 12 to the carbon dioxide holder 17.
  • the pump 16 according to this embodiment is a compression pump, and the gas (that is, carbon dioxide) in the desorption tank 12 is forcibly exhausted to the carbon dioxide recovery pipe 31, compressed by the pump 16, and supplied to the carbon dioxide holder 17. Stored.
  • the adsorbent containing the condensed water after the desorption of carbon dioxide is discharged from the lower part of the desorption tank 12.
  • a drying tank 13 is disposed below the desorption tank 12, and a flow path 22 that connects an outlet provided in the lower part of the desorption tank 12 and an inlet provided in the upper part of the drying tank 13 is formed by piping or the like. Yes.
  • the adsorbent discharged from the lower part of the desorption tank 12 moves to the inlet of the drying tank 13 through the flow path 22.
  • the adsorption containing condensed water is moving from the top to the bottom at a predetermined speed, and is dried while moving in the drying tank 13.
  • the drying of the adsorbent is performed by contact between the drying gas supplied from the drying gas source 39 to the lower portion of the drying tank 13 and flowing upward in the tank, and the adsorbent moving downward in the tank. Done.
  • the drying gas in contact with the dressing takes away moisture from the adsorbent.
  • the drying gas (dry exhaust gas) used for drying the adsorbent is discharged from the upper part of the drying tank 13.
  • drying of the adsorbent in the drying tank 13 may be performed by indirectly heating the adsorbent using a heat medium such as water vapor or hot water.
  • a heat medium such as water vapor or hot water.
  • the dried adsorbent is discharged from the lower part of the drying tank 13.
  • the adsorbent discharged from the drying tank 13 falls onto the conveyor 15, is transferred to the adsorption tank 11 by the conveyor 15, and is reused as the carbon dioxide adsorbent.
  • the temperature of the adsorbent decreases due to heat dissipation, and decreases to about 40 ° C., which is the adsorption temperature of carbon dioxide in the adsorption tank 11.
  • a cooling tank (not shown) may be provided in the middle of the conveyor 15.
  • the gas in the desorption tank 12 is forcibly exhausted, so that the pressure in the desorption tank 12 is reduced from the normal pressure.
  • the inside of the adsorption tank 11 is almost normal pressure. Therefore, in order to switch the pressure between the adsorption tank 11 and the desorption tank 12, the pressure switching device 6 is provided in the flow path 21 from the outlet of the adsorption tank 11 to the inlet of the desorption tank 12. A part or all of the flow path 21 may be formed by the pressure switching device 6.
  • the pressure switching device 6 includes at least one hopper 61.
  • the pressure switching device 6 includes a single hopper 61, but the pressure switching device 6 includes a plurality of hoppers 61 having the same or similar configuration arranged in series in the vertical direction. Accordingly, a plurality of hoppers 61 may be provided.
  • An inlet valve 62 that opens and closes a flow path from the outlet of the adsorption tank 11 to the inlet of the hopper 61 is provided at or near the inlet of the hopper 61.
  • the outlet valve 63 for opening and closing a flow path from the outlet of the hopper 61 to the inlet of the desorption tank 12 is provided at or near the outlet of the hopper 61.
  • the outlet valve 63 is opened, the inside of the hopper 61 communicates with the inlet of the desorption tank 12.
  • the inlet valve 62 and the outlet valve 63 are closed, the inside of the hopper 61 is sealed so that pressure reduction and pressurization are possible.
  • the upstream end of the exhaust pipe 64 is connected to the hopper 61.
  • a downstream end portion of the exhaust pipe 64 is connected to a portion upstream of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31.
  • the exhaust pipe 64 is provided with an exhaust valve 65 that switches between communication / blocking of the hopper 61 and the carbon dioxide recovery pipe 31 by opening and closing the flow path in the pipe.
  • the downstream end of the air supply pipe 66 is connected to the hopper 61.
  • the upstream end portion of the air supply pipe 66 is connected to the downstream side portion of the carbon dioxide recovery pipe 31 with respect to the pump 16.
  • the air supply pipe 66 is provided with an air supply valve 67 for switching communication / blocking between the hopper 61 and the carbon dioxide recovery pipe 31 by opening and closing the flow path in the pipe.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the pressure switching device 6.
  • each of the inlet valve 62, the outlet valve 63, the exhaust valve 65, and the air supply valve 67 (more specifically, the drive unit of each valve) is electrically connected to the control device 68 by wire or wirelessly.
  • the control device 68 is based on an instruction input from an operator via an input means (not shown) and / or based on a program stored in advance, and the inlet valve 62, the outlet valve 63, the exhaust valve 65, and the supply valve.
  • the operation of the air valve 67 is controlled.
  • the state in which the inside of the hopper 61 is empty and the inlet valve 62, the outlet valve 63, the exhaust valve 65, and the air supply valve 67 are all closed is defined as an initial state.
  • the inside of the hopper 61 in the initial state is filled with carbon dioxide supplied from the carbon dioxide recovery pipe 31 through the air supply pipe 66 and is almost at normal pressure.
  • the inlet valve 62 is opened from the above initial state. Then, the adsorbent falls from the adsorption tank 11 into the hopper 61.
  • the inside of the hopper 61 communicates with the adsorption tank 11 in the air atmosphere, but carbon dioxide is heavier than air, and in addition, the carbon dioxide in the hopper 61 is pushed out to the adsorption tank 11 by the adsorbent that flows in. For this reason, the air in the adsorption tank 11 hardly flows into the hopper 61.
  • the inlet valve 62 is closed.
  • the exhaust valve 65 is opened. Then, the hopper 61 and the carbon dioxide recovery pipe 31 communicate with each other via the exhaust pipe 64, and the gas in the hopper 61 is forcibly exhausted by the suction force of the pump 16.
  • the gas discharged from the hopper 61 is accommodated in the carbon dioxide holder 17 through the exhaust pipe 64 and the carbon dioxide recovery pipe 31. Since the exhaust from the hopper 61 is almost carbon dioxide, the concentration of carbon dioxide in the carbon dioxide holder 17 is hardly affected by the exhaust from the hopper 61 accommodated in the carbon dioxide holder 17.
  • the air supply valve 67 is opened, and oxygen dioxide is introduced from the carbon dioxide recovery pipe 31 (carbon dioxide holder 17) to the hopper 61 through the air supply pipe 66.
  • the air supply valve 67 is closed.
  • the pressure switching device 6 hopper 61
  • the carbon dioxide separation and recovery system 1 of the present embodiment includes the carbon dioxide separation unit 1A including the adsorption tank 11 that performs the process of adsorbing the carbon dioxide contained in the gas to be treated on the adsorbent, And a carbon dioxide recovery unit 1B (carbon dioxide recovery system).
  • the carbon dioxide recovery unit 1B accommodates a solid adsorbent that has adsorbed carbon dioxide, and performs a process of desorbing carbon dioxide from the adsorbent, via the desorption tank 12 and the carbon dioxide recovery pipe 31.
  • the connected carbon dioxide holder 17, the pump 16 provided in the carbon dioxide recovery pipe 31 and sending the gas in the desorption tank 12 to the carbon dioxide holder 17 through the carbon dioxide recovery pipe 31, and at least one pressure switching device 6 are provided. ing.
  • the pressure switching device 6 includes at least one hopper 61, an inlet valve 62 that opens and closes the inlet of the hopper 61, an outlet valve 63 that opens and closes the outlet of the hopper 61, and an exhaust pipe that is connected to the hopper 61 and exhausts from the hopper 61. 64, an exhaust valve 65 that opens and closes the exhaust pipe 64, an air supply pipe 66 that is connected to the hopper 61 and supplies carbon dioxide to the hopper 61, and an air supply valve 67 that opens and closes the air supply pipe 66.
  • One of the at least one pressure switching device 6 is provided above the adsorbent inlet of the desorption tank 12, and the inlet of the hopper 61 communicates with the adsorbent outlet of the adsorption tank 11. The outlet communicates with the desorption tank 12.
  • the air supply pipe 66 is connected to a portion on the downstream side of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31.
  • the exhaust pipe 64 is connected to a portion upstream of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31.
  • the exhaust device for exhausting the inside of the hopper 61 can be used together with the pump 16 provided in the carbon dioxide recovery pipe 31, and the initial cost can be suppressed by reducing the number of components.
  • the gas flowing into the carbon dioxide recovery pipe 31 from the hopper 61 through the exhaust pipe 64 is mainly carbon dioxide, the gas is accommodated in the carbon dioxide holder 17 by being accommodated in the carbon dioxide holder 17. The influence which the concentration of the carbon dioxide which has is received can be suppressed.
  • a decrease in the concentration of carbon dioxide recovered in the carbon dioxide holder 17 can be suppressed, and a high concentration of carbon dioxide can be recovered.
  • a high concentration of 95% or more is required for stored carbon dioxide, and a high concentration of 99% or more is required for carbon dioxide used as a raw material for dry ice.
  • the carbon dioxide used or stored requires a high concentration, it is advantageous that carbon dioxide can be recovered at a higher concentration.
  • carbon dioxide since carbon dioxide can be recovered at a higher concentration, carbon dioxide may be compressed in a concentration tank as a pretreatment when used or stored, but the energy required for this compression treatment can be reduced.
  • the configuration of the carbon dioxide separation and recovery system 1 described above can be changed, for example, as follows. Note that a plurality of modified examples described below may be used in combination with modified parts.
  • the air supply pipe 66 is connected to the downstream side of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31, and the carbon dioxide in the carbon dioxide recovery pipe 31 is supplied to the hopper 61.
  • another carbon dioxide source may be connected to the hopper 61 in addition to or instead of the above.
  • the upstream end of the air supply pipe is connected to the carbon dioxide source 60.
  • the carbon dioxide source 60 may be a portion downstream of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31 as in the above embodiment, or may be the carbon dioxide holder 17.
  • the carbon dioxide source 60 is a carbon dioxide tank provided separately from the carbon dioxide holder 17, a boiler that exhausts combustion exhaust gas containing high concentration carbon dioxide, a system that exhausts exhaust gas containing high concentration carbon dioxide, and the like. There may be at least one of them.
  • the air supply pipe 66 is connected to the downstream side of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31, but as shown in a modification example shown in FIG.
  • the buffer tank 18 may be provided between the carbon dioxide recovery pipe 31 downstream of the pump 16 and the carbon dioxide holder 17, and the upstream end of the air supply pipe 66 may be connected to the buffer tank 18.
  • the carbon dioxide flowing through the carbon dioxide recovery pipe 31 is equalized. Therefore, the carbon dioxide pressure-equalized in the buffer tank 18 is supplied to the hopper 61 through the air supply pipe 66, and the carbon dioxide can be stably supplied to the air supply pipe 66. Furthermore, the buffer tank 18 is provided in the carbon dioxide recovery pipe 31, whereby the pressure fluctuation received by the pump 16 by supplying carbon dioxide to the air supply pipe 66 can be reduced, and the operation of the pump 16 can be stabilized. it can.
  • the exhaust pipe 64 is connected to the upstream side portion of the carbon dioxide recovery pipe 31 with respect to the pump 16, in other words, the exhaust pipe 64 is connected to the pump 16.
  • the pump 16 in this case functions as a discharger that discharges the gas in the hopper 61.
  • another exhauster may be connected to the exhaust pipe 64 in addition to or instead of the above.
  • the exhaust device 70 is connected to the exhaust pipe 64.
  • the exhaust device 70 is, for example, a pump or a compressor provided independently from the pump 16.
  • the exhaust valve 65 provided in the exhaust pipe 64 in the above embodiment may be omitted.
  • the exhaust pipe 71 of the exhaust machine 70 may be connected to at least one of the buffer tank 18 and the carbon dioxide holder 17 or may be open to the atmosphere.
  • the pressure switching device 6 is provided in the flow path 21 from the outlet of the adsorption tank 11 to the inlet of the desorption tank 12, but for example, a modification of FIG.
  • the pressure switching device 6 ′ may be provided also in the flow path 21 from the outlet of the desorption tank 12 to the inlet of the drying tank 13.
  • the two pressure switching devices 6 and 6 ′ may have substantially the same configuration.
  • FIG. 6 the same reference numerals are assigned to corresponding elements of the two pressure switching devices 6, 6 ′.
  • the inlet of the hopper 61 of the pressure switching device 6 ′ communicates with the adsorbent outlet of the desorption tank 12, and the outlet of the hopper 61 communicates with the adsorbent inlet of the drying tank 13.
  • the gas discharged from the hopper 61 of the pressure switching device 6 ′ may be recovered by the second carbon dioxide holder 17 ⁇ / b> A different from the carbon dioxide holder 17.
  • the pressure switching device 6 ′ provided in the adsorbent flow path 22 from the desorption tank 12 to the drying tank 13 the hopper 61 and the second carbon dioxide holder 17 ⁇ / b> A are connected by the exhaust pipe 64.
  • a pump 16 ⁇ / b> A may be provided in the exhaust pipe 64. 6 and 7, the upstream end of the air supply pipe 66 is connected to the buffer tank 18, but the upstream end of the air supply pipe 66 is located downstream of the pump 16 of the carbon dioxide recovery pipe 31. A portion other than the buffer tank 18 may be connected.
  • the outlet-side pressure switching device 6 ′ below the adsorbent outlet of the desorption tank 12, the flow of outside air into the desorption tank 12 when the adsorbent is discharged from the desorption tank 12 is prevented. Can be suppressed. Thereby, the fall of the carbon dioxide concentration collect
  • Carbon dioxide separation and recovery system 1A Carbon dioxide separation unit 1B: Carbon dioxide recovery unit (carbon dioxide recovery system) 6, 6 ': Pressure switching device 11: Adsorption tank 12: Desorption tank 13: Drying tank 15: Conveyor 16, 16A: Pump 17, 17A: Carbon dioxide holder 18: Buffer tank 21: Channel 22: Channel 31: Dioxide Carbon recovery pipe 60: Carbon dioxide source 61: Hopper (lock hopper) 62: Inlet valve 63: Outlet valve 64: Exhaust pipe 65: Exhaust valve 66: Air supply pipe 67: Air supply valve 68: Controller 70: Exhaust machine

Abstract

二酸化炭素回収システムが、吸着剤から二酸化炭素を脱着させる処理を行う脱着槽と、脱着槽と二酸化炭素回収管を介して接続された二酸化炭素ホルダと、脱着槽の気体を二酸化炭素回収管を通じて二酸化炭素ホルダへ送り出すポンプと、少なくとも１段のホッパ、ホッパの入口を開閉する入口バルブ、ホッパの出口を開閉する出口バルブ、ホッパと接続されてホッパから排気する排気管、排気管を開閉する排気バルブ、ホッパと接続されてホッパへ二酸化炭素を供給する給気管、及び、給気管を開閉する給気バルブとを有する、少なくとも１つの圧力切替装置とを備える。圧力切替装置のうちの一つは、脱着槽の吸着剤の入口の上方に設けられ、ホッパの出口が脱着槽と連通されている。

Description

二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システム
　本発明は、二酸化炭素吸着剤から脱着した二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システム、及び、この二酸化炭素回収システムを含む二酸化炭素分離回収システムに関する。
　従来から、二酸化炭素を含む被処理ガスから固体の二酸化炭素吸着剤を用いて二酸化炭素を分離することが行われている。この二酸化炭素を吸着した吸着剤は、保持していた二酸化炭素を脱着させることによって再生され、再び二酸化炭素の吸着に利用される。このような二酸化炭素吸着剤に対する二酸化炭素の吸着と脱着とを連続的に行うシステムが、例えば、特許文献１に記載されている。
　特許文献１に示された従来の二酸化炭素分離回収システムは、上下方向に下方へ向けて順に並ぶホッパ、吸着塔、再生塔、乾燥塔、及び冷却塔と、冷却塔からホッパへ吸着剤を移送するコンベアとを備えている。ホッパに収容された吸着剤は、吸着塔、再生塔、乾燥塔、及び冷却塔の順に、自重で下方へ移動し、コンベアによってホッパへ投入される。このように吸着剤が循環することで、各塔内に吸着剤による移動層が形成されている。
　上記特許文献１の二酸化炭素分離回収システムにおいて、吸着塔では、被処理ガスと吸着剤とが接触して、被処理ガスに含まれる二酸化炭素が吸着剤に吸着される。再生塔では、供給された水蒸気と吸着剤とが接触して、水蒸気が二酸化炭素吸着後の吸着剤の表面に凝縮することによって、吸着剤から二酸化炭素が離脱する。吸着剤から脱着した二酸化炭素は、ポンプによって強制的に排気され、二酸化炭素ホルダに貯留される。凝縮水が付着した吸着剤は、乾燥塔で乾燥され、冷却塔で冷却されたのち、ホッパへ戻され、再び二酸化炭素吸着のために利用される。
特開２０１３－１２１５６２号公報
　上記特許文献１には、再生塔内の圧力が外気圧より低い場合は外部の空気が再生塔に流入し、回収される二酸化炭素の濃度が低下するので、吸着塔と再生塔との間にロックホッパなどの気流漏洩防止手段を設けることが記載されている。
　図８には、ロックホッパを備えた従来の二酸化炭素分離回収システム１００のうち吸着槽１１と、脱着槽１２と、脱着槽１２から二酸化炭素を回収するための構成とが示されている。図８の従来の二酸化炭素分離回収システム１００では、吸着槽１１の下方に脱着槽１２が配置されており、脱着槽１２と二酸化炭素ホルダ１７とが二酸化炭素回収管３１によって接続されている。二酸化炭素回収管３１にはポンプ１６が設けられており、脱着槽１２で吸着剤から脱着した二酸化炭素は、脱着槽１２から強制的に排気されて、二酸化炭素回収管３１を通じて二酸化炭素ホルダ１７に回収される。
　上記従来の二酸化炭素分離回収システム１００において、吸着槽１１の出口と脱着槽１２の入口とを繋ぐ吸着剤の流路２１に少なくとも１つのホッパ（ロックホッパ）６１が設けられている。ホッパ６１の入口には入口バルブ６２が設けられており、ホッパ６１の出口には出口バルブ６３が設けられており、入口バルブ６２及び出口バルブ６３が閉止されることでホッパ６１内を密閉できるようになっている。更に、ホッパ６１の内部は排気管６４と接続されている。
　上記のホッパ６１では、入口バルブ６２及び出口バルブ６３が閉止され、外気を取り入れることによって内部が常圧となってから、入口バルブ６２が開放される。これにより、吸着槽１１からホッパ６１へ吸着剤が落下する。そして、再び入口バルブ６２が閉止され、排気管６４と二酸化炭素回収管３１とが連通されて、内部の気体が強制排気される。ホッパ６１の内圧と脱着槽１２の内圧とが等しくなれば、強制排気が停止されて、出口バルブ６３が開放される。これにより、ホッパ６１から脱着槽１２へ吸着剤が落下する。
　上記の従来の二酸化炭素分離回収システム１００では、ホッパ６１内に外気が取り込まれるので、ホッパ６１内から排気管６４及び二酸化炭素回収管３１を通じて二酸化炭素ホルダ１７へ送られる気体には、外気が含まれている。このようにして二酸化炭素ホルダ１７へ取り込まれた外気によって、二酸化炭素ホルダ１７内の二酸化炭素濃度が低下するおそれがある。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、二酸化炭素ホルダに回収される二酸化炭素の濃度の低下を抑制する点で改良された二酸化炭素回収システム、及びこれを含む二酸化炭素分離回収システムを提案する。
　本発明の一態様に係る二酸化炭素回収システムは、
二酸化炭素を吸着した固体の吸着剤を収容し、前記吸着剤から前記二酸化炭素を脱着させる処理を行う脱着槽と、
前記脱着槽と二酸化炭素回収管を介して接続された二酸化炭素ホルダと、
前記二酸化炭素回収管に設けられ、前記脱着槽の気体を前記二酸化炭素回収管を通じて前記二酸化炭素ホルダへ送り出すポンプと、
少なくとも１段のホッパ、前記ホッパの入口を開閉する入口バルブ、前記ホッパの出口を開閉する出口バルブ、前記ホッパと接続されて前記ホッパから排気する排気管、前記排気管を開閉する排気バルブ、前記ホッパと接続されて前記ホッパへ二酸化炭素を供給する給気管、及び、前記給気管を開閉する給気バルブとを有する、少なくとも１つの圧力切替装置とを備え、
前記少なくとも１つの圧力切替装置のうちの一つは、前記脱着槽の前記吸着剤の入口の上方に設けられ、前記ホッパの前記出口が前記脱着槽と連通されていることを特徴としている。
　また、本発明の別の一態様に係る二酸化炭素分離回収システムは、
被処理ガスに含まれる二酸化炭素を吸着剤に吸着させる処理を行う吸着槽と、
前記吸着槽の下方に配置された、前記二酸化炭素回収システムとを備えることを特徴としている。
　上記二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システムでは、圧力切替装置のホッパを加圧する際には、給気管から二酸化炭素がホッパへ流入する。また、ホッパを減圧する際には、ホッパから排気管を通じて排気される。このようなホッパの排気とホッパへの二酸化炭素の給気とを行うことにより、吸着剤が収容されたホッパ内が外気よりも二酸化炭素濃度の高い気体で満たされる。これにより、ホッパから脱着槽へ吸着剤が投入される際に吸着剤に同伴して脱着槽へ流入する気体の二酸化炭素濃度は外気と比較して高い。その結果、二酸化炭素ホルダに回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができる。
　上記二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素分離回収システムにおいて、前記給気管が、前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも下流側部分及び前記二酸化炭素ホルダの少なくとも一方と接続されていてよい。
　これにより、二酸化炭素ホルダ及び／又は二酸化炭素回収管内の二酸化炭素がホッパへ導入されるので、システム内でホッパへ供給される二酸化炭素を賄うことができる。
　上記二酸化炭素回収システムにおいて、前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも上流側部分にバッファタンクが設けられており、前記給気管が前記バッファタンクと接続されていてよい。
　これにより、バッファタンクに収容されている二酸化炭素が圧力切替装置のホッパへ送られることとなるので、二酸化炭素回収管の圧力変動を抑えることにより、ポンプを安定して動作させることができる。
　上記二酸化炭素回収システムにおいて、前記排気管が前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも上流側部分と接続されていてよい。
　これにより、ホッパ内を排気するための排気機を、二酸化炭素回収管に設けられたポンプと併用することができる。また、ホッパから強制排気される気体は主に二酸化炭素であり、ホッパからの排気による二酸化炭素ホルダに回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができる。
　上記二酸化炭素回収システムにおいて、前記圧力切替装置を複数備えており、そのうちの一つが、前記脱着槽の前記吸着剤の出口の下方に設けられ、前記ホッパの前記入口が前記脱着槽と連通されていてよい。
　これにより、脱着槽から吸着剤を排出する際の、脱着槽への外気の流入を抑えることができ、その結果、二酸化炭素ホルダに回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができる。
　本発明によれば、二酸化炭素ホルダに回収される二酸化炭素の濃度を向上させる点で改良された二酸化炭素回収システム、及びこれを含む二酸化炭素分離回収システムを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示す図である。 図２は、圧力切替装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。 図３は、給気管が二酸化炭素源と接続された、図１の二酸化炭素分離回収システムの変形例１である。 図４は、二酸化炭素回収管にバッファタンクが設けられた、図１の二酸化炭素分離回収システムの変形例２である。 図５は、排気管が排気機と接続された、図１の二酸化炭素分離回収システムの変形例３である。 図６は、脱着槽から乾燥槽への流路に圧力切替装置が設けられた、図１の二酸化炭素分離回収システムの変形例４である。 図７は、脱着槽から乾燥槽への流路に圧力切替装置が設けられた、図１の二酸化炭素分離回収システムの変形例５である。 図８は、従来の二酸化炭素分離回収システムのうち、吸着槽、脱着槽、及び、脱着槽から二酸化炭素を回収するための構成を示す図である。
　以下では、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素回収システムについて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１の概略構成を示す図である。図１に示す二酸化炭素分離回収システム１は、固体の二酸化炭素吸着剤（以下、単に「吸着剤」ということがある）を用いて被処理ガスに含まれる二酸化炭素を選択的に分離する二酸化炭素分離部１Ａと、吸着剤から二酸化炭素を脱着(脱離)して回収する二酸化炭素回収部１Ｂ（二酸化炭素回収システム）とを備えている。
　本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１は、連続的に処理が行われるように、二酸化炭素分離部１Ａと二酸化炭素回収部１Ｂとの間で吸着剤を循環させている。吸着剤は、例えば、アミン化合物を担持した多孔性物質である。多孔性物質としては、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、金属酸化物などを用いることができる。
　図１は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１の概略構成を示す図である。図１に示す二酸化炭素分離回収システム１は、吸着槽１１、脱着槽１２、及び、乾燥槽１３と、乾燥槽１３の出口から吸着槽１１の入口まで吸着剤を搬送するコンベア１５とを備えている。吸着槽１１から乾燥槽１３まで重力によって吸着剤が移動するように、上から吸着槽１１、脱着槽１２、及び、乾燥槽１３の順に上下方向に並んで配置されている。
　吸着槽１１には、コンベア１５によって搬送されてくる吸着剤が、上部に設けられた入口から所定の供給速度で供給される。なお、吸着槽１１の上方に吸着剤を一時的に収容するホッパ（図示せず）を設け、このホッパから吸着槽１１へ所定の速度で吸着剤が供給されてもよい。吸着槽１１では、吸着剤が槽上部の入口から供給されるとともに槽下部の出口から排出されることによって、吸着剤が槽内を上から下へ向かって所定の速度で移動している。
　吸着槽１１の下部には、被処理ガス源３５で発生した被処理ガスが被処理ガス供給管３６を通じて導入される。被処理ガスは、例えば、燃焼排ガスなどの、１０～３０％の二酸化炭素を含む常圧近傍のガスである。被処理ガス供給管３６には、冷却塔３７が設けられており、被処理ガスは冷却塔３７で二酸化炭素の吸着反応に適切な温度まで冷却される。なお、被処理ガスは、冷却の他、脱硫、脱塵、減温、除湿などの前処理が行われたうえで、吸着槽１１に導入されてもよい。
　吸着槽１１では、上向きに流れる被処理ガスと下向きに移動する吸着剤とが連続的に接触する向流式の移動層が形成されている。被処理ガスと吸着剤とが接触すると、吸着剤が二酸化炭素を選択的に吸着する。その際の吸着剤の温度は、例えば、４０℃である。また、被処理ガスの供給速度及び吸着剤の移動速度は、吸着剤の吸着槽１１内における滞留時間内に二酸化炭素の吸着が完了するように、また、後述するように、脱着槽１２内での吸着剤からの二酸化炭素の脱着が完了するように決められる。
　二酸化炭素が分離された被処理ガス（オフガス）は吸着槽１１の上部から排出される。一方、二酸化炭素を吸着した吸着剤は吸着槽１１の下部から排出される。吸着槽１１の下方には脱着槽１２が配置されており、吸着槽１１の下部に設けられた出口と脱着槽１２の上部に設けられた入口とを繋ぐ流路２１が配管や後述する圧力切替装置６等により形成されている。吸着槽１１の下部から排出された吸着剤は、流路２１を通じて、脱着槽１２の入口へ自重によって移動する。
　脱着槽１２では、二酸化炭素を吸着した吸着剤が、槽内を上から下へ向かって所定の速度で移動している。また、脱着槽１２の下部には、蒸気発生器３８から送給される脱着用水蒸気が供給される。但し、脱着槽１２に供給される脱着用水蒸気は、後述するように、乾燥槽１３で生成されたものであってもよい。
　脱着槽１２では、上向きに流れる脱着用水蒸気と下向きに移動する吸着剤とが連続的に接触する向流式の移動層が形成されている。脱着用水蒸気と吸着剤とが接触すると、脱着用水蒸気が吸着剤の表面で凝縮し、その際に凝縮熱を放出する。本実施形態では、この凝縮熱が吸着剤から二酸化炭素が離脱するためのエネルギーとして利用される。このような脱着用水蒸気の凝縮による二酸化炭素の脱着は、脱着用水蒸気と吸着剤とが接触すると短時間で完了し、定常状態において脱着槽１２内はほぼ１００％の二酸化炭素で満たされる。
　脱着槽１２の上部には、二酸化炭素回収管３１の上流側端部が接続されている。二酸化炭素回収管３１の下流側端部は二酸化炭素を貯留する二酸化炭素ホルダ１７と接続されている。二酸化炭素回収管３１には、脱着槽１２の気体を二酸化炭素ホルダ１７へ送り出すポンプ１６が設けられている。本実施形態に係るポンプ１６は圧縮ポンプであって、脱着槽１２の気体（即ち、二酸化炭素）は二酸化炭素回収管３１へ強制的に排気され、ポンプ１６で圧縮されて、二酸化炭素ホルダ１７に貯留される。
　一方、二酸化炭素の脱着後の凝縮水を含んだ吸着剤は、脱着槽１２の下部から排出される。脱着槽１２の下方には乾燥槽１３が配置されており、脱着槽１２の下部に設けられた出口と乾燥槽１３の上部に設けられた入口とを繋ぐ流路２２が配管等により形成されている。脱着槽１２の下部から排出された吸着剤は、流路２２を通じて、乾燥槽１３の入口へ移動する。
　乾燥槽１３では、凝縮水を含んだ吸着が、槽内を上から下へ向かって所定の速度で移動しており、乾燥槽１３を移動するうちに乾燥される。吸着剤の乾燥は、本実施形態では、乾燥用ガス源３９から乾燥槽１３の下部へ供給されて槽内を上向きに流れる乾燥用ガスと、槽内を下向きに移動する吸着剤との接触により行われる。着材と接触した乾燥用ガスは、吸着剤から水分を奪う。吸着剤の乾燥に利用された乾燥用ガス（乾燥排ガス）は乾燥槽１３の上部から排出される。
　なお、乾燥槽１３での吸着剤の乾燥は、吸着剤を水蒸気、熱水などの熱媒を用いて間接加熱することにより行われてもよい。この吸着剤の間接加熱により、吸着剤に含まれている凝縮水は再び水蒸気となる。この水蒸気は、脱着槽１２に供給されて、脱着用水蒸気として利用されてもよい。
　乾燥後の吸着剤は、乾燥槽１３の下部から排出される。乾燥槽１３から排出された吸着剤は、コンベア１５に落下し、コンベア１５によって吸着槽１１へ移送され、二酸化炭素の吸着剤として再利用される。コンベア１５による搬送中に、吸着剤の温度が放熱により低下し、吸着槽１１における二酸化炭素の吸着温度である約４０℃まで低下する。但し、コンベア１５の搬送中に吸着剤が吸着温度まで低下しない場合には、コンベア１５の途中に冷却槽（図示せず）が設けられてもよい。
　上記構成の二酸化炭素分離回収システム１では、脱着槽１２内の気体が強制的に排気されることによって、脱着槽１２内は常圧よりも減圧されている。一方で、吸着槽１１内は、ほぼ常圧である。そこで、吸着槽１１と脱着槽１２との間で圧力を切り替えるために、吸着槽１１の出口から脱着槽１２の入口までの流路２１に圧力切替装置６が設けられている。この圧力切替装置６によって、流路２１の一部分又は全部が形成されていてよい。
　圧力切替装置６は、少なくとも１段のホッパ６１を備えている。ここでは、説明の便宜を図って圧力切替装置６が１段のホッパ６１を備えることとするが、圧力切替装置６は、同一又は類似構成の複数のホッパ６１が上下方向に直列的に並べられることによって、複数段のホッパ６１を備えていてよい。
　ホッパ６１の入口又はその近傍には、吸着槽１１の出口からホッパ６１の入口までの流路を開閉する入口バルブ６２が設けられている。入口バルブ６２が開放されると、吸着槽１１の出口とホッパ６１の内部が連通する。また、ホッパ６１の出口又はその近傍には、ホッパ６１の出口から脱着槽１２の入口までの流路を開閉する出口バルブ６３が設けられている。出口バルブ６３が開放されると、ホッパ６１の内部と脱着槽１２の入口とが連通する。入口バルブ６２及び出口バルブ６３が閉止されると、ホッパ６１の内部は減圧及び加圧可能に密閉される。
　ホッパ６１には、排気管６４の上流側端部が接続されている。この排気管６４の下流側端部は、二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも上流側部分と接続されている。排気管６４には、管内流路を開閉することによって、ホッパ６１と二酸化炭素回収管３１との連通／遮断を切り替える排気バルブ６５が設けられている。
　更に、ホッパ６１には、給気管６６の下流側端部が接続されている。この給気管６６の上流側端部は二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも下流側部分と接続されている。給気管６６には、管内流路を開閉することによって、ホッパ６１と二酸化炭素回収管３１との連通／遮断を切り替える給気バルブ６７が設けられている。
　図２は圧力切替装置６の制御系統の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、入口バルブ６２、出口バルブ６３、排気バルブ６５、及び給気バルブ６７の各バルブ（より詳細には、各バルブの駆動部）は、制御装置６８と有線又は無線で電気的に接続されている。制御装置６８は、図示されない入力手段を介して作業者から入力された指示に基づいて、及び／又は、予め記憶されたプログラムに基づいて、入口バルブ６２、出口バルブ６３、排気バルブ６５、及び給気バルブ６７の動作を制御する。
　続いて、上記圧力切替装置６の動作の流れについて説明する。以下では特に明示しないが、入口バルブ６２、出口バルブ６３、排気バルブ６５、及び給気バルブ６７の動作は制御装置６８によって制御されている。
　ホッパ６１内が空であり、入口バルブ６２、出口バルブ６３、排気バルブ６５、及び給気バルブ６７が全て閉止されている状態を、初期状態とする。初期状態のホッパ６１内は、二酸化炭素回収管３１から給気管６６を通じて供給された二酸化炭素で満たされて、ほぼ常圧となっている。
　先ず、上記の初期状態から入口バルブ６２が開放される。すると、吸着槽１１からホッパ６１内へ吸着剤が落下する。ここで、ホッパ６１内は空気雰囲気の吸着槽１１と連通されるが、二酸化炭素は空気と比較して重く、加えて、流入する吸着剤によってホッパ６１内の二酸化炭素が吸着槽１１へ押し出されるため、吸着槽１１の空気はホッパ６１内へ流入しにくい。ホッパ６１に所定量の吸着剤が収容されると、又は、入口バルブ６２が開放されてから所定時間経過すると、入口バルブ６２が閉止される。
　次に、排気バルブ６５が開放される。すると、ホッパ６１と二酸化炭素回収管３１とが排気管６４を介して連通され、ポンプ１６の吸引力によって、ホッパ６１内の気体が強制的に排気される。ホッパ６１から排出された気体は、排気管６４及び二酸化炭素回収管３１を通じて二酸化炭素ホルダ１７に収容される。ホッパ６１からの排気は殆ど二酸化炭素であるので、二酸化炭素ホルダ１７に収容されたホッパ６１からの排気によって、二酸化炭素ホルダ１７内の二酸化炭素の濃度は殆ど影響を受けない。
　上記のホッパ６１の強制排気によってホッパ６１内の圧力と脱着槽１２内の圧力とがほぼ同じになれば、排気バルブ６５が閉止され、出口バルブ６３が開放される。これにより、ホッパ６１に一時的に収容されていた吸着剤が脱着槽１２内へ落下する。ホッパ６１に一時的に収容されていた吸着剤が全て排出されると、又は、出口バルブ６３が開放されてから所定時間経過すると、出口バルブ６３が閉止される。
　最後に、給気バルブ６７が開放されて、給気管６６を通じて二酸化炭素回収管３１（二酸化炭素ホルダ１７）からホッパ６１へ二酸化酸素が導入される。ホッパ６１内の圧力と吸着槽１１内の圧力とがほぼ同じになれば、即ち、ホッパ６１内の圧力が常圧となれば、給気バルブ６７が閉止される。これにより、圧力切替装置６（ホッパ６１）は初期状態に戻る。
　以上に説明したように、本実施形態の二酸化炭素分離回収システム１は、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を吸着剤に吸着させる処理を行う吸着槽１１を含む二酸化炭素分離部１Ａと、上記の二酸化炭素回収部１Ｂ（二酸化炭素回収システム）とを備えている。そして、二酸化炭素回収部１Ｂは、二酸化炭素を吸着した固体の吸着剤を収容し、吸着剤から二酸化炭素を脱着させる処理を行う脱着槽１２と、脱着槽１２と二酸化炭素回収管３１を介して接続された二酸化炭素ホルダ１７と、二酸化炭素回収管３１に設けられ、脱着槽１２の気体を二酸化炭素回収管３１を通じて二酸化炭素ホルダ１７へ送り出すポンプ１６と、少なくとも１つの圧力切替装置６とを備えている。圧力切替装置６は、少なくとも１段のホッパ６１と、ホッパ６１の入口を開閉する入口バルブ６２と、ホッパ６１の出口を開閉する出口バルブ６３と、ホッパ６１と接続されホッパ６１から排気する排気管６４と、排気管６４を開閉する排気バルブ６５と、ホッパ６１と接続されホッパ６１へ二酸化炭素を供給する給気管６６と、給気管６６を開閉する給気バルブ６７とを有する。そして、少なくとも１つの圧力切替装置６のうちの一つは、脱着槽１２の吸着剤の入口の上方に設けられ、ホッパ６１の入口が吸着槽１１の吸着剤の出口と連通され、ホッパ６１の出口が脱着槽１２と連通されている。
　上記構成の二酸化炭素分離回収システム１では、ホッパ６１を常圧まで（吸着槽１１の内圧まで）加圧する際には、二酸化炭素回収管３１及び給気管６６を通じて二酸化炭素がホッパ６１へ流入する。また、ホッパ６１を常圧から脱着槽１２の内圧まで減圧する際には、ホッパ６１から強制排気された気体が、排気管６４及び二酸化炭素回収管３１を通じて二酸化炭素ホルダ１７へ送られる。このようなホッパ６１の排気とホッパ６１への二酸化炭素の給気とを行うことにより、吸着剤が収容されたホッパ６１内が外気よりも二酸化炭素の高い気体で満たされる。これにより、ホッパ５１から脱着槽１２へ吸着剤が投入される際に吸着剤に同伴して脱着槽１２へ流入する気体の二酸化炭素濃度は外気と比較して高い。その結果、二酸化炭素ホルダ１７に回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができる。
　本実施形態において、給気管６６は二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも下流側部分と接続されている。これにより、二酸化炭素回収管３１内の二酸化炭素がホッパ６１へ導入されるので、システム内でホッパ６１へ供給される二酸化炭素が系内で賄われ、配管が簡略化されるだけでなく、二酸化炭素の補充作業が不要である。
　また、本実施形態において、排気管６４は二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも上流側部分と接続されている。これにより、ホッパ６１内を排気するための排気機を、二酸化炭素回収管３１に設けられたポンプ１６と併用することができ、構成要素数の削減によりイニシャルコストを抑えることができる。ここで、ホッパ６１から排気管６４を通じて二酸化炭素回収管３１に流入する気体は主に二酸化炭素であるので、この気体が二酸化炭素ホルダ１７に収容されることによって当該二酸化炭素ホルダ１７に収容されている二酸化炭素の濃度が受ける影響を抑えることができる。
　つまり、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１によれば、二酸化炭素ホルダ１７に回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができ、高濃度の二酸化炭素を回収することができる。一般に、貯溜される二酸化炭素には９５％以上の高濃度が要求され、ドライアイスの原料となる二酸化炭素には９９％以上の高濃度が要求される。このように、利用又は貯溜される二酸化炭素には高濃度が要求されているので、二酸化炭素をより高濃度で回収できることは有利である。また、二酸化炭素をより高濃度で回収できることによって、利用又は貯溜される際の前処理として二酸化炭素を濃縮槽で圧縮することがあるが、この圧縮処理に要するエネルギーを削減することができる。
　以上に説明した二酸化炭素分離回収システム１の構成は、例えば以下のように変更することができる。なお、以下に説明する複数の変形例は変形部分が組み合わされて用いられてもよい。
　上記実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１において、給気管６６は二酸化炭素回収管３１のポンプ１６より下流側と接続されており、二酸化炭素回収管３１内の二酸化炭素がホッパ６１へ供給される。但し、ホッパ６１には、上記に加えて又は代えて他の二酸化炭素源が接続されていてもよい。例えば図３に示す変形例では、給気管の上流端が二酸化炭素源６０と接続されている。この二酸化炭素源６０は、上記実施形態のように二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも下流側部分であってもよいし、二酸化炭素ホルダ１７であってもよい。或いは、二酸化炭素源６０は、二酸化炭素ホルダ１７とは別に設けられた二酸化炭素タンク、高濃度の二酸化炭素を含む燃焼排ガスを排出するボイラ、高濃度の二酸化炭素を含む排ガスを排出するシステムなどのうち少なくとも１つであってよい。
　また、上記実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１において、給気管６６は、二酸化炭素回収管３１のポンプ１６より下流側と接続されているが、例えば図４に示す変形例に示されるように、二酸化炭素回収管３１のポンプ１６より下流側と二酸化炭素ホルダ１７との間にバッファタンク１８を設けて、このバッファタンク１８に給気管６６の上流側端部が接続されていてもよい。
　上記のバッファタンク１８では、二酸化炭素回収管３１を通じて流入した二酸化炭素が均圧化される。従って、バッファタンク１８で均圧化された二酸化炭素が給気管６６を通じてホッパ６１へ供給されることとなり、給気管６６へ二酸化炭素を安定供給することができる。更に、二酸化炭素回収管３１にバッファタンク１８が設けられることで、給気管６６へ二酸化炭素を供給することによりポンプ１６が受ける圧力変動を軽減することができ、ポンプ１６の動作を安定させることができる。
　また、上記実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１において、排気管６４は二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも上流側部分と接続されている、換言すれば、排気管６４はポンプ１６と接続されている。この場合のポンプ１６は、ホッパ６１内の気体を排出する排出機として機能している。但し、排気管６４に、上記に加えて又は代えて他の排気機が接続されていてもよい。例えば図５に示す変形例では、排気管６４に排気機７０が接続されている。排気機７０は、例えば、ポンプ１６から独立して設けられたポンプ或いは圧縮機である。この場合、上記実施形態において排気管６４に設けられた排気バルブ６５が省略されてよい。更に、この排気機７０の排気管７１は、バッファタンク１８及び二酸化炭素ホルダ１７の少なくとも一方に接続されていてもよいし、大気開放されていてもよい。
　また、上記実施形態に係る二酸化炭素分離回収システム１において、圧力切替装置６は、吸着槽１１の出口から脱着槽１２の入口までの流路２１に設けられているが、例えば図６の変形例に示すように、脱着槽１２の出口から乾燥槽１３の入口までの流路２１にも圧力切替装置６'を設けてよい。この場合、２つの圧力切替装置６，６'は実質的に同様の構成であってよい。なお、図６では、２つの圧力切替装置６，６'の対応する要素に同一の参照符号が付されている。この圧力切替装置６'のホッパ６１の入口は脱着槽１２の吸着剤の出口と連通され、ホッパ６１の出口は乾燥槽１３の吸着剤の入口と連通されている。
　但し、図７の変形例に示すように、圧力切替装置６'のホッパ６１から排出される気体が二酸化炭素ホルダ１７と異なる第２の二酸化炭素ホルダ１７Ａに回収されるようにしてもよい。この場合、脱着槽１２から乾燥槽１３への吸着剤の流路２２に設けられた圧力切替装置６'において、ホッパ６１と第２の二酸化炭素ホルダ１７Ａとが排気管６４によって接続され、更に、排気管６４にポンプ１６Ａが設けられてよい。なお、図６，７では、給気管６６の上流側端部はバッファタンク１８と接続されているが、給気管６６の上流側端部は、二酸化炭素回収管３１のポンプ１６よりも下流側のバッファタンク１８以外の部分と接続されていてもよい。
　上記のように、脱着槽１２の吸着剤の出口の下方に出口側の圧力切替装置６'を備えることで、脱着槽１２から吸着剤を排出する際の、脱着槽１２への外気の流入を抑えることができる。これにより、二酸化炭素ホルダ１７に回収される二酸化炭素濃度の低下を抑えることができる。
　以上に、本発明の好適な実施形態（及び、その変形例）を説明した。これらの説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
１　　　：二酸化炭素分離回収システム
１Ａ　　：二酸化炭素分離部
１Ｂ　　：二酸化炭素回収部（二酸化炭素回収システム）
６，６'      ：圧力切替装置
１１　　：吸着槽
１２　　：脱着槽
１３　　：乾燥槽
１５　　：コンベア
１６，１６Ａ　　：ポンプ
１７，１７Ａ　　：二酸化炭素ホルダ
１８　　：バッファタンク
２１　　：流路
２２　　：流路
３１　　：二酸化炭素回収管
６０　　：二酸化炭素源
６１　　：ホッパ（ロックホッパ）
６２　　：入口バルブ
６３　　：出口バルブ
６４　　：排気管
６５　　：排気バルブ
６６　　：給気管
６７　　：給気バルブ
６８　　：制御装置
７０　　：排気機

Claims (6)

  1. 　二酸化炭素を吸着した固体の吸着剤を収容し、前記吸着剤から前記二酸化炭素を脱着させる処理を行う脱着槽と、
    　前記脱着槽と二酸化炭素回収管を介して接続された二酸化炭素ホルダと、
    　前記二酸化炭素回収管に設けられ、前記脱着槽の気体を前記二酸化炭素回収管を通じて前記二酸化炭素ホルダへ送り出すポンプと、
    　少なくとも１段のホッパ、前記ホッパの入口を開閉する入口バルブ、前記ホッパの出口を開閉する出口バルブ、前記ホッパと接続されて前記ホッパから排気する排気管、前記排気管を開閉する排気バルブ、前記ホッパと接続されて前記ホッパへ二酸化炭素を供給する給気管、及び、前記給気管を開閉する給気バルブとを有する、少なくとも１つの圧力切替装置とを備え、
    　前記少なくとも１つの圧力切替装置のうちの一つは、前記脱着槽の前記吸着剤の入口の上方に設けられ、前記ホッパの前記出口が前記脱着槽と連通されている、
    二酸化炭素回収システム。
  2. 　前記給気管が、前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも下流側部分及び前記二酸化炭素ホルダの少なくとも一方と接続されている、
    請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
  3. 　前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも上流側部分にバッファタンクが設けられており、前記給気管が前記バッファタンクと接続されている、
    請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。
  4. 　前記排気管が、前記二酸化炭素回収管の前記ポンプよりも上流側部分と接続されている、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収システム。
  5. 　前記圧力切替装置を複数備えており、そのうちの一つが、前記脱着槽の前記吸着剤の出口の下方に設けられ、前記ホッパの前記入口が前記脱着槽と連通されている、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 　被処理ガスに含まれる二酸化炭素を吸着剤に吸着させる処理を行う吸着槽と、
    　前記吸着槽の下方に配置された、請求項１～５のいずれか一項に記載の二酸化炭素回収システムとを備える、
    二酸化炭素分離回収システム。
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