(57)【要約】【課題】高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供すること。【解決手段】二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に充填された吸着材を、原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスの一部を用いて乾燥する乾燥工程を有する、二酸化炭素の製造方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、
少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に充填された吸着材を、前記原料ガスから前記不純物を低減して得られる精製ガスの一部を用いて乾燥する乾燥工程を有する、二酸化炭素の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥工程では、前記精製ガスを加熱した後に当該精製ガスを前記吸着材が充填された前記吸着塔に供給する、請求項１に記載の二酸化炭素の製造方法。
【請求項３】
前記複数の吸着塔は、前記原料ガスが順次流通するように接続された第１吸着塔と第２吸着塔とを有し、
前記第２吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、前記原料ガスの導入が停止された前記第１吸着塔の使用済み吸着材を取り出す停止工程と、
未使用吸着材が充填された前記第１吸着塔に、前記第２吸着塔から導出される二酸化炭素の一部を前記精製ガスの一部として供給し前記未使用吸着材を乾燥する前記乾燥工程と、
前記未使用吸着材を乾燥した後、前記第１吸着塔から二酸化炭素を得る運転開始工程と、を有する、請求項１又は２に記載の二酸化炭素の製造方法。
【請求項４】
前記精製ガスの大気圧下における露点を−２０℃以下に維持する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二酸化炭素の製造方法。
【請求項５】
前記原料ガスの水分を低減する脱湿工程を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二酸化炭素の製造方法。
【請求項６】
前記乾燥工程では、前記精製ガスを前記吸着塔の下部から上部に向かって流通させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二酸化炭素の製造方法。
【請求項７】
二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を備える二酸化炭素の製造装置であって、
少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に前記原料ガスから前記不純物を低減して得られる精製ガスの一部を供給して、前記別の吸着塔に充填された吸着材を乾燥する供給部を備える、二酸化炭素の製造装置。
【請求項８】
前記供給部は、前記別の吸着塔に供給される前記精製ガスを加熱する加熱部を有する、請求項７に記載の二酸化炭素の製造装置。
【請求項９】
前記原料ガスの水分を低減する脱湿部を備える、請求項７又は８に記載の二酸化炭素の製造装置。
【請求項１０】
前記供給部は、前記吸着材の乾燥に用いられた前記精製ガスを前記別の吸着塔から排出する排出部よりも前記吸着塔の下部側に接続される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の二酸化炭素の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、二酸化炭素の製造装置、及び二酸化炭素の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ等の燃焼設備から排出される排ガスから二酸化炭素を回収する技術が知られている。このような技術として、アミン水溶液等を用いた化学吸収法が利用されている。化学吸収法では、吸収塔においてアミン水溶液と混合ガスとを接触させて、アミン水溶液中に二酸化炭素を吸収させる。この二酸化炭素を吸収したアミン水溶液を、再生塔で加熱して二酸化炭素を放出させて、二酸化炭素とアミン水溶液とを分離する。このようにして、アミン水溶液を循環使用しながら、二酸化炭素を高濃度で含む二酸化炭素含有ガスが回収される。
【０００３】
このような方法で回収される二酸化炭素含有ガスには、燃料ガスの性状に応じて二酸化炭素以外の種々の微量成分（不純物）が含まれている。特許文献１では、再生塔の下流側に還元触媒が収容された還元処理装置と、活性炭が収容された吸着処理装置とを設けて、二酸化炭素含有ガスの不純物を低減することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１８８１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
還元触媒、及び活性炭等の吸着材を用いて、不純物を低減する場合、定期的にこれらを交換することが必要となる。このうち、吸着材は、水分等を吸着する性質があるため、本来の性能を発揮するためには、吸着塔に充填した後に乾燥して水分を低減する作業を行う必要がある。この作業中には、その吸着塔が不純物の低減に使用できず、高純度の二酸化炭素の製造ができないため、できるだけ作業を短縮することが求められる。
【０００６】
そこで、本開示は、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供する。本開示は、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一側面に係る二酸化炭素の製造方法は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に充填された吸着材を、原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスの一部を用いて乾燥する乾燥工程を有する。
【０００８】
この製造方法では、吸着塔に充填された吸着材の乾燥に精製ガスを用いる。乾燥工程中も少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を並行して実施できることから、二酸化炭素の生産を停止する必要がない。したがって、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことができる。
【０００９】
上記乾燥工程では、上記精製ガスを加熱した後に当該精製ガスを吸着材が充填された吸着塔に供給することが好ましい。加熱した精製ガスを吸着塔に供給することによって、吸着材を速やかに乾燥することができる。したがって、乾燥工程を短縮することができる。
【００１０】
上記製造方法における複数の吸着塔は、原料ガスが順次流通するように接続された第１吸着塔と第２吸着塔とを有していてよい。この場合、上記製造方法は、第２吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、原料ガスの導入が停止された第１吸着塔の使用済み吸着材を取り出す停止工程と、未使用吸着材が充填された第１吸着塔に、第２吸着塔から導出される二酸化炭素の一部を精製ガスの一部として供給し未使用吸着材を乾燥する乾燥工程と、未使用吸着材を乾燥した後、第１吸着塔から二酸化炭素を得る運転開始工程と、を有することが好ましい。
【００１１】
上記製造方法では、第２吸着塔で二酸化炭素の製造を継続しながら、第１吸着塔の停止工程、乾燥工程及び運転開始工程を行う。このため、吸着材の交換中も、二酸化炭素の製造を円滑に継続することができる。
【００１２】
上記製造方法において、上記精製ガスの大気圧下における露点を−２０℃以下に維持することが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。
【００１３】
上記製造方法は、原料ガスの水分を低減する脱湿工程を有することが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑に継続することができる。
【００１４】
上記乾燥工程では、精製ガスを吸着塔の下部から上部に向かって流通させることが好ましい。精製ガスよりも水蒸気の方が比重が小さいことから、このような方向で流通させることによって水蒸気の淀みが低減され、気化した水分を円滑に吸着塔から排出することができる。
【００１５】
本開示の一側面に係る二酸化炭素の製造装置は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を備える二酸化炭素の製造装置であって、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスの一部を供給して、別の吸着塔に充填された吸着材を乾燥する供給部を備える。
【００１６】
この製造装置では、吸着材が充填された吸着塔に原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスを供給して吸着材を乾燥している。吸着材を乾燥している間も二酸化炭素の製造を並行して実施できることから、二酸化炭素の生産を停止する必要がない。したがって、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことができる。
【００１７】
上記供給部は、別の吸着塔に供給される精製ガスを加熱する加熱部を有することが好ましい。加熱した精製ガスを吸着塔に供給することによって、吸着材を速やかに乾燥することができる。
【００１８】
上記製造装置は、原料ガスの水分を低減する脱湿部を備えることが好ましい。これによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。
【００１９】
上記供給部は、吸着材の乾燥に用いられた精製ガスを吸着塔から排出する排出部よりも吸着塔の下部側に接続されることが好ましい。精製ガスよりも水蒸気の方が比重が小さいことから、供給物と排出部をこのような位置関係で接続することによって水蒸気の淀みが低減され、気化した水分を円滑に吸着塔から排出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供することができる。また、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、二酸化炭素の製造方法の一例における一部の工程を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、二酸化炭素の製造方法の一例における一部の工程を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、二酸化炭素の製造方法の一例における一部の工程を説明するための図である。
【図４】図４は、二酸化炭素の製造装置の別の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、場合により図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。
【００２３】
一実施形態に係る二酸化炭素の製造方法は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を用いる二酸化炭素の製造方法であって、原料ガスから不純物を低減して原料ガスよりも二酸化炭素の純度が高い精製ガスを得る精製工程を有する。そして、所定のタイミングにおいて、この精製工程と並行して、少なくとも一つの吸着塔に未使用吸着材を充填した後、上記精製ガスの一部を用いて当該吸着材を乾燥する乾燥工程を有する。吸着塔は２つであってもよいし、３つ以上であってもよい。精製工程は、乾燥工程を行っている吸着塔とは別の吸着塔を用いて、乾燥工程中も継続して行うことができる。したがって、乾燥工程中も上記精製ガスの他部を用いて継続して製品規格を満足する二酸化炭素を生産することができる。本開示における「未使用吸着材」とは、精製工程に未だ用いられていない吸着材をいう。
【００２４】
二酸化炭素を含む原料ガスは、特に限定されず、例えば、ボイラなどの燃焼ガス等が挙げられる。原料ガスは、二酸化炭素の他に、不純物を含んでいてよい。不純物の例としては、水、酸素、窒素、硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素、硫化水素及び炭化水素等が挙げられる。原料ガスにおける二酸化炭素の濃度は、例えば９５体積％以上であってよく、９８体積％以上であってもよい。
【００２５】
吸着材としては、市販の活性炭及びゼオライト等が挙げられる。コストの点で、吸着材は活性炭を含むことが好ましい。精製工程と乾燥工程は併行して行われる。乾燥工程では、吸着材を、精製工程で得られる精製ガスを用いて乾燥する。吸着材の乾燥には、乾燥される吸着材が充填された吸着塔とは別の吸着塔において不純物が低減された精製ガスが用いられる。精製ガスは、原料ガスよりも不純物の濃度が低減されたガスであり、本実施形態で製造される二酸化炭素であってよい。
【００２６】
吸着材を乾燥するための精製ガスは、当該吸着材が収容されている吸着塔の下部から供給することが好ましい。吸着材から脱離した水分を含む乾燥ガスは、吸着塔の上部から排出されることが好ましい。これによって、精製ガスが吸着塔の下部から上部に向かって流通することとなる。このような流通方向とすることによって、気化した水分が円滑に吸着塔の外部に排出される。
【００２７】
乾燥に用いられる精製ガスの温度は、吸着材を速やかに乾燥させる観点から、好ましくは１１０℃以上であり、より好ましくは１２０℃以上である。活性炭の発火防止の観点及びエネルギー効率の観点から、乾燥に用いられる精製ガスの温度は、好ましくは２００℃以下であり、より好ましくは１６０℃以下であり、さらに好ましくは１４０℃以下である。
【００２８】
乾燥に用いられる精製ガスの圧力は、例えば、大気圧〜１ＭＰａであってよい。乾燥工程における精製ガスの空間速度は１０〜５０ｈ−１であってよい。乾燥工程の時間は、例えば２４〜４８時間であってよい。乾燥工程の終了の判断は、例えば、吸着材を乾燥した吸着塔から導出される乾燥ガスの温度又は露点に基づいて行うことができる。これによって、乾燥工程後の精製工程において、二酸化炭素に混入する水分が低く維持されることとなり、水分の凝縮、並びに水及び炭酸ガスによる機器の腐食等を十分に抑制することができる。乾燥ガスの温度が、例えば１００℃以上、好ましくは１１０℃以上、より好ましくは１２０℃以上になったときに、乾燥工程を終了する。
【００２９】
吸着材の乾燥が終了した吸着塔は、続いて、原料ガスに含まれる不純物を低減して精製ガスを得る精製工程を行ってよい。精製工程は、複数の吸着塔を用いて行ってよい。精製ガスの大気圧下における露点は、例えば−２０℃以下、好ましくは−３０℃以下、より好ましくは−４０℃以下に維持されることが好ましい。これによって、二酸化炭素に混入する水分が低く維持されることとなり、水分の凝縮、並びに、水及び炭酸ガスによる機器の腐食等を十分に抑制することができる。
【００３０】
精製工程によって得られる精製ガスを、本実施形態で製造される二酸化炭素とすることができる。本実施形態で製造される二酸化炭素の純度は、例えば９９．５体積％以上であってよく、９９．９体積％以上であってよい。ただし、その純度に制限はなく、原料ガスよりも二酸化炭素の純度が高ければよい。したがって、不純物を含んでいてもよい。なお、本開示における「体積％」は、標準状態（０℃、１ａｔｍ）における体積比率である。
【００３１】
精製工程で得られる二酸化炭素を液化する液化工程を行ってもよい。すなわち、本実施形態の製造方法では、ガス状の二酸化炭素を製造してもよいし、液状の二酸化炭素を製造してもよい。精製ガスの露点を十分に低くすることによって、液化工程を行っても水分の固化を十分に抑制することできる。
【００３２】
例えば、窒素ガス又はアルゴンガス等の二酸化炭素以外の不活性ガスを用いて吸着塔に収容された未使用吸着材を乾燥する場合、未使用吸着材を乾燥した後に、吸着塔内をガス置換する必要がある。これに対し、本実施形態の製造方法では、乾燥工程における未使用吸着材の乾燥に精製ガスを用いる。このため、不活性ガスの消費を低減することができる。
【００３３】
一実施形態に係る二酸化炭素の製造装置は、二酸化炭素を含む原料ガスの不純物を吸着する吸着材が収容された複数の吸着塔を備え、少なくとも一つの吸着塔を用いて二酸化炭素の製造を継続しながら、当該吸着塔とは別の吸着塔に、原料ガスから不純物を低減して得られる精製ガスを供給してこの別の吸着塔に充填された吸着材を乾燥する供給部と、吸着材の乾燥に用いられた精製ガス（乾燥ガス）を吸着塔から排出する排出部とを備える。このような製造装置を用いて上述の二酸化炭素の製造方法を行ってもよい。上述の製造方法の説明内容は、本実施形態の二酸化炭素の製造装置にも適用することができる。
【００３４】
供給部は、吸着塔から導出される二酸化炭素の一部を精製ガスとして上記別の吸着塔に供給してもよい。供給部は、例えば、精製ガスを流通させる配管、及び、精製ガスを加熱する加熱部を備える。加熱部を備えることによって、未使用吸着材を一層速やかに乾燥することができる。加熱部は、例えば熱源としてスチーム又は熱油を用いる熱交換器であってよい。排出部は、例えば、吸着材の乾燥によって得られた乾燥ガスを流通させる配管を備える。供給部は、吸着塔の下部に接続され、排出部は吸着塔の上部に接続されることが好ましい。これによって、吸着材の乾燥が、吸着塔内を上昇する精製ガス（乾燥ガス）によって行われることとなり、吸着材の水分の低減を円滑に行うことができる。
【００３５】
二酸化炭素の製造装置は、複数の吸着塔の上流側に脱湿部を備えていてよい。脱湿部は、原料ガスに含まれる水分を低減する機能を有する。脱湿部を備えることによって、水分の凝縮及び固化、並びに水及び炭酸ガスによる各機器の腐食を抑制し、二酸化炭素の製造を一層円滑にすることができる。
【００３６】
二酸化炭素の製造装置は、吸着塔の下流側に二酸化炭素を液化又は固化する後処理部を備えていてもよい。後処理部は、二酸化炭素の温度及び圧力を調節する機能を有しており、例えば、圧縮機及び冷却機等を備える。
【００３７】
本実施形態に係る二酸化炭素の製造方法及び製造装置の一例として、第１吸着塔と第２吸着塔の２つの吸着塔を備える例を以下に説明する。
【００３８】
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、二酸化炭素の製造方法の一部の工程を説明するための図である。この例では、複数の吸着塔１０として原料ガスが順次流通するように接続された第１吸着塔１１と第２吸着塔１２とを有する二酸化炭素の製造装置を用いる。
【００３９】
図１（Ａ）では、原料ガスが第１吸着塔１１と第２吸着塔１２とを順次流通し、精製ガスが得られる（図１（Ａ）中の点線フロー）。第１吸着塔１１と第２吸着塔１２には吸着材２１，２２がそれぞれ収容されている。原料ガスに含まれる二酸化炭素以外の不純物は、吸着材２１，２２に吸着される。第２吸着塔１２の底部１２ｂに連結された配管より精製ガスが導出される。このようにして精製工程が行われる。この精製ガスは、そのまま二酸化炭素ガスとしてもよいし、冷却部で冷却して液体二酸化炭素としてもよいし、さらにその後にドライアイスとしてもよい。得られた二酸化炭素は、例えばタンク等に導入され、保管されてもよい。
【００４０】
図１（Ｂ）では、第１吸着塔１１への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第２吸着塔１２に導入する。第２吸着塔１２への原料ガスの導入と第２吸着塔１２から精製ガス（二酸化炭素）の導出を継続しながら（図１（Ｂ）中の破線フロー）、第１吸着塔１１に収容されていた使用済み吸着材を取り出す（停止工程）。取り出し後、第１吸着塔１１に未使用吸着材を収容する。このような活性炭の交換は、定期的に行ってもよいし、第１吸着塔１１から導出される精製ガスの不純物濃度が上昇したときに行ってもよい。
【００４１】
図２（Ａ）では、第２吸着塔１２の底部１２ｂから導出される精製ガス（二酸化炭素）の一部を加熱部３０に導入して加熱する。熱源は、図に示すようにスチームであってもよいし、熱油であってもよい。加熱部３０で所定の温度範囲に加熱された精製ガスは、配管３１を流通して、第１吸着塔１１の底部１１ｂから第１吸着塔１１内に供給される。ここで、加熱部３０及び配管３１は精製ガスの供給部を構成する。
【００４２】
供給部から第１吸着塔１１に供給された精製ガスは、第１吸着塔１１内を上昇しながら未使用吸着材と接触し、未使用吸着材の水分を低減する。この水分を含む精製ガス（乾燥ガス）は、第１吸着塔１１の頂部１１ａに接続された配管４１（排出部）を流通し、例えば大気中に排出される（図２（Ａ）中の点線フロー）。この乾燥工程の間も、第２吸着塔１２の底部１２ｂから導出される精製ガスを二酸化炭素として継続して製造することができる（図２（Ａ）中の破線フロー）。
【００４３】
未使用吸着材の乾燥が終了したら、第１吸着塔１１において精製ガスの生産を開始する（運転開始工程）。乾燥の終了は、例えば、第１吸着塔１１の頂部１１ａから導出される乾燥ガスの温度又は露点で判定してよい。例えば、乾燥ガスの温度が１００℃以下、好ましくは１１０℃以上、より好ましくは１２０℃以上になったら、第１吸着塔１１の底部１１ｂからの加熱された精製ガスの供給を停止する。そして、第２吸着塔１２の底部１２ｂから導出される精製ガスを、第１吸着塔１１の頂部１１ａから導入する（図２（Ｂ））。第１吸着塔１１に収容された未使用吸着材２１による不純物の吸着が開始される。第１吸着塔１１の底部１１ｂから得られる精製ガスを二酸化炭素として得ることができる。
【００４４】
図２（Ｂ）は、第１吸着塔１１の運転開始工程後の精製工程を示している。この精製工程では、原料ガスが、第２吸着塔１２及び第１吸着塔１１をこの順に流通し、精製ガスが得られる（図２（Ｂ）中の点線）。なお、第１吸着塔１１の乾燥工程の後に、第１吸着塔１１の運転開始工程を開始するタイミングに特に制限はなく、乾燥工程後、第１吸着塔１１は暫く休止してもよい。図２（Ｂ）のフローで精製工程を行うと、上流側にある第２吸着塔１２の吸着材２２の吸着能力が徐々に低下してくる。例えば、第２吸着塔１２から導出される精製ガスの不純物濃度が上昇したら、以下の手順で第２吸着塔１２の吸着材２２の交換を行う。
【００４５】
図３（Ａ）に示すように、第２吸着塔１２への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第１吸着塔１１に導入する。第１吸着塔１１への原料ガスの導入と第１吸着塔１１からの精製ガスの導出（二酸化炭素の製造）を継続しながら（図３（Ａ）中の破線フロー）、第２吸着塔１２に収容されていた使用済み吸着材を取り出す（停止工程）。取り出し後、第２吸着塔１２に未使用吸着材を収容する。
【００４６】
図３（Ｂ）に示すように、第２吸着塔１２に未使用吸着材を収容した後、第１吸着塔１１の底部１１ｂから導出される精製ガス（二酸化炭素）の一部を加熱部３０に導入して加熱する。加熱部３０で所定温度以上に加熱された精製ガスは、配管３２を流通して、第２吸着塔１２の底部１２ｂから第２吸着塔１２内に供給される。ここで、加熱部３０及び配管３２は精製ガスの供給部を構成する。
【００４７】
供給部から第２吸着塔１２に供給された精製ガスは、第２吸着塔１２内を上昇しながら未使用吸着材と接触し、未使用吸着材の水分を低減する。この水分を含む精製ガス（乾燥ガス）は、第２吸着塔１２の頂部１２ａに接続された配管４２（排出部）を流通し、例えば大気中に排出される（図３（Ｂ）中の点線）。この乾燥工程の間も、第１吸着塔１１の底部１１ｂから導出される精製ガスを二酸化炭素として継続して製造することができる（図３（Ｂ）中の破線フロー）。
【００４８】
第２吸着塔１２に収容された未使用吸着材の乾燥が終了したら、第２吸着塔１２において精製ガスの生産を開始する（運転開始工程）。乾燥の終了は、例えば、第２吸着塔１２の頂部１２ａから導出される乾燥ガスの温度又は露点で判定してよい。乾燥が終了したら、第２吸着塔１２の底部１２ｂからの加熱された精製ガスの供給を停止する。そして、図１（Ａ）に示すように、第１吸着塔１１の底部１１ｂから導出される精製ガスを、第２吸着塔１２の頂部１２ａから導入する。このようにして、第２吸着塔１２に収容された未使用吸着材２２による不純物の吸着が開始される。第２吸着塔１２の底部１２ｂから得られる精製ガスは二酸化炭素として利用することができる。このように図１〜図３の手順を繰り返して行うことで、吸着材の交換の際における二酸化炭素のロスが低減され、純度の高い二酸化炭素の製造量を十分増やすことができる。
【００４９】
図４は、二酸化炭素の製造装置の別の例を示す模式図である。図４の製造装置は、ボイラ等の排ガスから二酸化炭素を製造する装置である。この製造装置は、脱硫塔５０、吸収塔６０、再生塔８０、圧縮機９０、脱湿部９５及び吸着塔１０を備える。排ガスは、脱硫塔５０に導入される。脱硫塔５０は、例えば、排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する。脱硫塔５０には例えばアルカリ水溶液が供給される。脱硫塔５０において排ガスとアルカリ水溶液とが気液接触してアルカリ水溶液に硫黄酸化物が吸収される。アルカリ水溶液の例としては、炭酸カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及びアンモニア水などが挙げられる。
【００５０】
脱硫塔５０を通過した排ガスは、吸収塔６０に供給される。吸収塔６０及び再生塔８０では、化学吸収法によって排ガスから二酸化炭素を回収する。吸収塔６０は、ボイラ等で生じた排ガスと、二酸化炭素を吸収する吸収液とを接触させて、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる。
【００５１】
吸収塔６０には、その上部に接続された流路８４から吸収液が供給される。吸収液は、二酸化炭素を吸収する液体であり、例えばアミン水溶液である。アミン水溶液としては、例えば、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、ＥＡＥ（エチルアミノエタノール）、ＩＰＡＥ（イソプロパアミノエタノール）、及びＴＭＤＡＨ（テトラメチルジアミノヘキサン）等の水溶液が挙げられる。
【００５２】
吸収塔６０では、吸収液が降下するとともに原料ガスが上昇する。これによって、吸収液と原料ガスが向流接触して、原料ガスに含まれる二酸化炭素が吸収液に吸収される。吸収液による二酸化炭素の吸収量は温度に依存する。このため、吸収塔６０内の温度を制御することによって、吸収液による二酸化炭素の吸収量を調整することができる。
【００５３】
吸収塔６０内において、吸収液は排ガスと気液接触しながら降下して、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収する（吸収工程）。二酸化炭素が低減又は除去されたガス（オフガス）は、吸収塔６０の塔頂部から排出され洗浄塔６５に導入される。洗浄塔６５には、図示しない流路によって水が供給される。洗浄塔６５では、ガスと水とを接触させることによって、ガスに含まれる微量成分が除去される。洗浄塔６５で洗浄されたガスは、大気に放出されてもよいし、含有成分に応じて種々の用途に用いられてもよい。
【００５４】
吸収塔６０内の温度は、例えば吸収液の種類に応じて設定することが可能であり、例えば３０〜４０℃である。吸収塔６０内の圧力は例えば０〜１．０ＭＰａである。
【００５５】
吸収塔６０で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）は、吸収塔６０の塔底部に溜められ、当該塔底部に接続された流路６２によって、吸収塔６０から３０〜４０℃で排出される。吸収塔６０から排出される吸収液は、ポンプを経由して熱交換器７０に導入される。ここで、再生塔８０から流路８３によって排出される吸収液（リーン液）と熱交換して例えば８０〜９０℃に加熱される。熱交換器７０で加熱された吸収液は、流路６４を流通して再生塔８０に導入される。流路６４は、再生塔８０の上部に接続されている。
【００５６】
再生塔８０に導入された二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）は、再生塔８０内を流下する。その際に、吸収液（リッチ液）から二酸化炭素が分離され、吸収液が再生される。再生塔８０内を流下した吸収液は、再生塔８０内の塔底部又は塔底部付近に設けられたトレイ（不図示）上に滞留する。再生塔８０の外部には、再生塔８０の塔底部又は塔底部付近に滞留する吸収液を加熱するリボイラー８１が設けられている。トレイ上に滞留した吸収液は、リボイラー８１に導入され、熱媒（例えば水蒸気）と熱交換して、例えば８０〜１３０℃に加熱される。リボイラー８１で加熱された吸収液は再生塔８０内に戻る。
【００５７】
再生塔８０の塔底部には、二酸化炭素が低減された吸収液（リーン液）を再生塔８０から排出する流路８３が接続されている。吸収液（リーン液）は、流路８３を流通して熱交換器７０に導入され、吸収塔６０からの吸収液（リッチ液）との熱交換によって冷却される。その後、熱交換器７０で冷却された吸収液（リーン液）は、流路８４を流通してクーラー８２に導入され、例えば３０〜４０℃に冷却される。その後、吸収液（リーン液）は、吸収塔６０の上部に供給される。このように、吸収液は吸収塔６０と再生塔８０との間を循環しながら使用される。
【００５８】
再生塔８０において、吸収液から分離された二酸化炭素及び不純物を含むガスは、再生塔８０内を上昇し、吸着塔１０の原料ガスとして、再生塔８０の塔頂から導出される。原料ガスは、例えば８５〜９５℃の温度で再生塔８０の塔頂部から導出され、熱交換器に導入され、例えば水との熱交換で３０〜５０℃に冷却される。冷却によって生じた凝縮液は、再生塔８０でリフラックスとして用いられる。
【００５９】
熱交換器で冷却された原料ガスは圧縮機９０に導入され、例えば０．８〜１ＭＰａに昇圧される。圧縮機９０で昇圧した原料ガスは、脱湿部９５に導入される。脱湿部９５は、例えば活性アルミナ又はゼオライト等の脱湿材を有している。原料ガスを上述の圧力範囲で脱湿部９５に導入することによって、原料ガス中の水分を効率よく低減することができる。脱湿部９５において、原料ガスから水分を除去し、露点を例えば−４０℃以下に調整する。これによって、下流側において、水分の凝縮及び固化を抑制することができる。また、水及び炭酸ガスによる腐食を十分に抑制することができる。
【００６０】
脱湿部９５において脱湿された原料ガスは、吸着材が収容された吸着塔１０に導入される。吸着塔１０は、図１〜図３に示すような２つの吸着塔を備える構成であってもよいし、別の構成であってもよい。図４に示すような二酸化炭素の製造装置であれば、二酸化炭素を含む排ガスから高純度の二酸化炭素の製造量を円滑に増やすことができる。
【００６１】
以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、吸着塔１０よりも上流側に、還元触媒が収容された触媒塔を備えていてもよい。触媒塔の場合、原料ガスが、水素雰囲気下で還元触媒と接触することで、原料ガスに含まれる不純物が低減され、二酸化炭素の純度をさらに向上することができる。触媒塔で用いられる還元触媒としては、公知の脱酸素触媒を使用できる。例えば、担体に貴金属を担持させた触媒が挙げられる。担体の例としては、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムが挙げられる。貴金属の例としては、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びこれらの合金が挙げられる。担体及び貴金属は、上述の一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせてもよい。上述の製造装置又は製造方法で製造される二酸化炭素は臭気が低減されていることから、例えば飲料又は食料の用途にも好適に用いることができる。
【実施例】
【００６２】
実施例を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
（実施例１）
図１（Ａ）に示す運転状態にある二酸化炭素の製造装置において、使用済み活性炭の交換を行った。交換は、図１（Ｂ）のとおりに行った。すなわち、第１吸着塔１１への原料ガスの導入を停止し、原料ガスを第２吸着塔１２に導入した。第２吸着塔１２で二酸化炭素の製造を継続しながら、第１吸着塔１１に収容されていた使用済み活性炭を取り出した。取り出し後、第１吸着塔１１に未使用活性炭を収容した。
【００６４】
次に、未使用活性炭の乾燥を、図２（Ａ）のとおりに行った。すなわち、第２吸着塔１２の底部１２ｂから導出される二酸化炭素の一部（全量の約２０体積％）を精製ガスとして加熱部３０に導入して加熱した。熱源にはスチームを用いた。加熱部３０で１２０〜１３０℃に加熱した精製ガスを、第１吸着塔１１の底部１１ｂから第１吸着塔１１内に供給した。図２（Ａ）に示す工程（フロー）を開始した時点から、第１吸着塔１１の下部及び上部の温度と露点をモニターした。
【００６５】
工程開始直後は、吸着材の蒸発潜熱のため、温度に大きな変化はなかった。しかし、吸着材の乾燥の進行に伴って、まずは第１吸着塔１１の下部の温度が上昇し、それに追随して上部の温度が上昇した。上部の温度が１２０℃近辺まで上昇し、露点が−４０℃に到達した時点を、吸着材の乾燥の終了と判定した。図２（Ａ）に示す工程（フロー）を開始した時点から、吸着材の乾燥が終了するまでに所要した時間は、約２４時間であった。また、吸着材の乾燥を行っている間も、二酸化炭素の純度は９９．９体積％以上であり、且つ露点の製品規格を満足する二酸化炭素の製造を継続して行うことができた。
【００６６】
（比較例１）
実施例１と同様にして使用済み活性炭の交換を行った後、未使用活性炭の乾燥を、図２（Ａ）のフローではなく、図２（Ｂ）のフローで行った場合の二酸化炭素の生産ロスをシミュレーションした。すなわち、第２吸着塔１２で得られた精製ガスの全部を、第１吸着塔１１に導入し、当該精製ガスを用いて未使用活性炭の乾燥を行う前提とした。乾燥開始後は、第１吸着塔１１から導出される二酸化炭素の露点が高く製品規格を満足できないため、製品とすることができず、大気に放散する必要がある。露点が製品規格を満たすまで、数日から１週間を所要する。その間、二酸化炭素を製造することができない。また、二酸化炭素の放散量は、実施例１に比べて約１５倍に増加し、生産ロスが増加する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本開示によれば、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造方法を提供することができる。また、高純度の二酸化炭素の生産ロスを減らすことが可能な二酸化炭素の製造装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…吸着塔、１１…第１吸着塔、１１ａ，１２ａ…頂部、１１ｂ，１２ｂ…底部、１２…第２吸着塔、２１，２２…吸着材、３０…加熱部、３１，３２，４１，４２…配管、５０…脱硫塔、６０…吸収塔、６２，６４，８３，８４…流路、６５…洗浄塔、７０…熱交換器、８０…再生塔、８１…リボイラー、８２…クーラー、９０…圧縮機、９５…脱湿部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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