(57)【要約】【課題】効率的な排熱利用を実施して、省エネルギー化を図ることのできるガス分離回収システムを提供すること。【解決手段】被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着槽２と、ガス吸着材を加熱して、このガス吸着材から所定のガスを脱着させる再生槽５と、吸着槽２から再生槽５へとガス吸着材を移送するとともに、再生槽５を経たガス吸着材を吸着槽２に移送する移送手段９と、を備えるガス分離回収システム１において、吸着槽２と再生槽５との間に、吸着槽２から再生槽５へと移送されるガス吸着材を予備加熱する予備加熱槽４を備えるとともに、再生槽５の後に、再生槽５から吸着槽２へと移送されるガス吸着材を予備冷却する予備冷却槽６を備え、予備加熱槽４と予備冷却槽６との間で気体が循環するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、前記ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着槽と、
前記ガス吸着材を加熱して、該ガス吸着材から前記所定のガスを脱着させる再生槽と、
前記吸着槽から前記再生槽へと前記ガス吸着材を移送するとともに、前記再生槽を経た前記ガス吸着材を前記吸着槽に移送する移送手段と、を備えるガス分離回収システムにおいて、
前記吸着槽と前記再生槽との間に、前記吸着槽から前記再生槽へと移送される前記ガス吸着材を予備加熱する予備加熱槽を備えるとともに、前記再生槽の後に、前記再生槽から前記吸着槽へと移送される前記ガス吸着材を予備冷却する予備冷却槽を備え、前記予備加熱槽と前記予備冷却槽との間で気体が循環するように構成されているガス分離回収システム。
【請求項２】
前記予備加熱槽と前記再生槽との間に第１気体遮断機構を備え、前記再生槽と前記予備冷却槽との間に第２気体遮断機構を備える請求項１に記載のガス分離回収システム。
【請求項３】
前記吸着槽と前記予備加熱槽との間にパージ槽を備え、前記再生槽にて脱着した前記所定のガスの一部を、前記パージ槽に供給する請求項１又は２に記載のガス分離回収システム。
【請求項４】
前記所定のガスが二酸化炭素である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離回収システム。
【請求項５】
前記ガス吸着材がイオン液体と担体とを備え、前記イオン液体が前記担体に担持されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離回収システム。
【請求項６】
前記イオン液体が、ガス吸収時に固体から液体に相変化し、ガス脱離時に液体から固体に相変化する相変化イオン液体である請求項５に記載のガス分離回収システム。
【請求項７】
前記相変化イオン液体が、テトラエチルホスホニウムベンゾイミダゾリドである請求項６に記載のガス分離回収システム。
【請求項８】
前記担体が、二酸化ケイ素、又は活性炭である請求項５〜７のいずれか１項に記載のガス分離回収システム。
【請求項９】
被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、前記ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着工程と、
前記吸着工程を経て前記所定のガスが吸着された前記ガス吸着材を加熱して、該ガス吸着材から前記所定のガスを脱着させる再生工程と、を包含するガス分離回収方法において、
前記再生工程を経て前記所定のガスが脱着された前記ガス吸着材から気体によって熱を回収して、該ガス吸着材を予備冷却する予備冷却工程を前記再生工程の後に行い、
前記吸着工程を経て前記所定のガスが吸着された前記ガス吸着材を、該ガス吸着材よりも前に前記再生工程を経たガス吸着材について行う前記予備冷却工程で前記気体により回収された熱によって予備加熱する予備加熱工程を前記再生工程の前に行うガス分離回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば二酸化炭素等のガスを吸収するガス分離回収システム、及びガス分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の一因として大気中の二酸化炭素濃度が増加していることが問題視されており、特に、二酸化炭素排出量の多い火力発電所や製鉄所高炉等の大規模設備において、二酸化炭素排出量を削減することが求められている。
【０００３】
二酸化炭素排出量を削減する方法の一つとして、排出ガス中の二酸化炭素を吸収する二酸化炭素分離回収装置を使用する方法が提案されている。この二酸化炭素分離回収装置は、固形の二酸化炭素吸着材を備えており、比較的低温で排出ガスと接触させることにより二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる吸着工程、及び加熱して二酸化炭素を脱着させて二酸化炭素吸着材を再生させる再生工程という２つの工程が交互に繰り返されることで、排出ガス中の二酸化炭素を連続的に分離・回収することができる。
【０００４】
そのような従来の二酸化炭素分離回収装置としては、例えば、特許文献１に記載される二酸化炭素分離回収システムが知られている。この二酸化炭素分離回収システムは、所定の吸着温度の二酸化炭素吸着材で排出ガス中の二酸化炭素を吸着し、二酸化炭素が除去された排出ガスを排出する吸着塔と、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材に脱着用水蒸気を凝縮させることにより当該二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を脱着させる再生塔とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６４２７０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の二酸化炭素分離回収システムでは、二酸化炭素吸着材を移動層とする移動層式の処理塔（吸着塔及び再生塔）を採用した場合だけでなく、バッチ式の処理塔を採用した場合においても、二酸化炭素を脱着させた二酸化炭素吸着材を低温に戻す工程において排熱が生じるが、効率的な排熱利用がなされておらず、システム全体の省エネルギー化を図るという点において改善する余地が残されている。
【０００７】
本発明の目的は、効率的な排熱利用を実施して、省エネルギー化を図ることのできるガス分離回収システム、及びガス分離回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のガス分離回収システムは、被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、前記ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着槽と、
前記ガス吸着材を加熱して、該ガス吸着材から前記所定のガスを脱着させる再生槽と、
前記吸着槽から前記再生槽へと前記ガス吸着材を移送するとともに、前記再生槽を経た前記ガス吸着材を前記吸着槽に移送する移送手段と、を備えるガス分離回収システムにおいて、
前記吸着槽と前記再生槽との間に、前記吸着槽から前記再生槽へと移送される前記ガス吸着材を予備加熱する予備加熱槽を備えるとともに、前記再生槽の後に、前記再生槽から前記吸着槽へと移送される前記ガス吸着材を予備冷却する予備冷却槽を備え、前記予備加熱槽と前記予備冷却槽との間で気体が循環するように構成されている。
【０００９】
本構成であれば、吸着槽と再生槽との間に、吸着槽から再生槽へと移送されるガス吸着材を予備加熱する予備加熱槽を備え、再生槽の後に、再生槽から吸着槽へと移送されるガス吸着材を予備冷却する予備冷却槽を備え、予備加熱槽と予備冷却槽との間で気体が循環するように構成されていることから、再生槽において再生工程の処理を受けた後のガス吸着材の熱が、予備冷却槽において気体により回収されてガス吸着材が予備冷却され、この熱を回収した気体が予備加熱槽に供給され、これにより予備加熱槽に搬送されてきたガス吸着材が予備冷却槽で気体によって回収された熱により予備加熱される。即ち、再生工程後のガス吸着材の熱を回収して、その熱を、次に再生工程を受けるガス吸着材の再生工程に使用される熱の一部として利用することができるため、システム全体として、効率的な排熱利用が実施されて、省エネルギー化を図ることができる。
【００１０】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記予備加熱槽と前記再生槽との間に第１気体遮断機構を備え、前記再生槽と前記予備冷却槽との間に第２気体遮断機構を備える。
【００１１】
本構成であれば、第１気体遮断機構及び第２気体遮断機構によって、再生槽を密封状態にすることができるため、より効率的に所定のガスを回収することができるようになり、その結果、より純度の高い所定のガスを得ることができる。
【００１２】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記吸着槽と前記予備加熱槽との間にパージ槽を備え、前記再生槽にて脱着した前記所定のガスの一部を、前記パージ槽に供給する。
【００１３】
本構成であれば、吸着槽と予備加熱槽との間にパージ槽を備え、再生槽にて脱着した所定のガスの一部を、パージ槽に供給するため、ガス吸着材に付随する、所定のガス以外のガスが排除され、その後の再生槽において、より効率的に所定のガスを回収することができるようになり、その結果、さらにより純度の高い所定のガスを得ることができる。
【００１４】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記所定のガスが二酸化炭素である。
【００１５】
本構成であれば、例えば火力発電所や製鉄所高炉等の大規模設備に適用することにより、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の排出量の削減のために利用することができる。
【００１６】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記ガス吸着材がイオン液体と担体とを備え、前記イオン液体が前記担体に担持されている。
【００１７】
本構成であれば、ガス吸着・脱着性能の高いガス吸着材を、簡易な構成で得ることができる。
【００１８】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記イオン液体が、ガス吸収時に固体から液体に相変化し、ガス脱離時に液体から固体に相変化する相変化イオン液体である。
【００１９】
本構成であれば、ガス吸着材のガス吸着・脱着性能を、より一層高めることができる。
【００２０】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記相変化イオン液体が、テトラエチルホスホニウムベンゾイミダゾリドである。
【００２１】
本構成であれば、特に二酸化炭素に対するガス吸着材のガス吸着・脱着性能を高めることができる。
【００２２】
さらに本発明のガス分離回収システムは、前記担体が、二酸化ケイ素、又は活性炭である。
【００２３】
本構成であれば、担体が二酸化ケイ素や活性炭という多孔性物質で構成されるため、イオン液体が確実に担持される。
【００２４】
本発明のガス分離回収方法は、被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、前記ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着工程と、
前記吸着工程を経て前記所定のガスが吸着された前記ガス吸着材を加熱して、該ガス吸着材から前記所定のガスを脱着させる再生工程と、を包含するガス分離回収方法において、
前記再生工程を経て前記所定のガスが脱着された前記ガス吸着材から気体によって熱を回収して、該ガス吸着材を予備冷却する予備冷却工程を前記再生工程の後に行い、
前記吸着工程を経て前記所定のガスが吸着された前記ガス吸着材を、該ガス吸着材よりも前に前記再生工程を経たガス吸着材について行う前記予備冷却工程で前記気体により回収された熱によって予備加熱する予備加熱工程を前記再生工程の前に行う。
【００２５】
本構成であれば、再生工程を経て所定のガスが脱着されたガス吸着材から気体によって熱を回収して、このガス吸着材を予備冷却する予備冷却工程を再生工程の後に行い、吸着工程を経て所定のガスが吸着されたガス吸着材を、このガス吸着材よりも前に再生工程を経たガス吸着材について行う予備冷却工程で気体により回収された熱によって予備加熱する予備加熱工程を再生工程の前に行うことから、再生工程後のガス吸着材の熱が回収されて、その熱が、次に再生工程を受けるガス吸着材の再生工程に使用される熱の一部として利用されるため、効率的な排熱利用が実施されて、省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガス分離回収システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔実施形態〕
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（ガス分離回収システム）
図１に示すように、本実施形態のガス分離回収システム１は、吸着槽２、パージ槽３、予備加熱槽４、再生槽５、予備冷却槽６、第１エアロック機構７（第１気体遮断機構の一例）、第２エアロック機構８（第２気体遮断機構の一例）、コンベア９（移送手段の一例）、除湿器１０、ブロアー１１、真空ポンプ１２を備える。
【００２８】
ガス分離回収システム１は、吸着槽２と再生槽５との間に、吸着槽２から再生槽５へと移送されるガス吸着材を予備加熱する予備加熱槽４を備え、再生槽５の後に、再生槽５から吸着槽２へと移送されるガス吸着材を予備冷却する予備冷却槽６を備えており、予備加熱槽４と予備冷却槽６との間で気体が循環するように構成されている。また、予備加熱槽４と前記再生槽５との間に第１エアロック機構７を備え、再生槽５と予備冷却槽６との間に第２エアロック機構８を備える。また、吸着槽２と予備加熱槽４との間にパージ槽３を備える。尚、吸着槽２とパージ槽３との間、パージ槽３と予備加熱槽４との間にもエアロック機構（図示せず）を備える。
【００２９】
尚、第１エアロック機構７、第２エアロック機構８、パージ槽３、除湿器１０、ブロアー１１、真空ポンプ１２については、必要に応じて設けるようにしても良い。
【００３０】
ガス分離回収システム１では、被処理ガス中に含まれる所定のガスの吸着・脱着が行われるガス吸着材が、吸着槽２、パージ槽３、予備加熱槽４、再生槽５、予備冷却槽６、そして再び吸着槽２へという順序で、コンベア９によって所定量ずつ搬送されて循環するように構成されている。尚、各槽２，３，４，５，６にて所定の処理が行われている際には、コンベア９によるガス吸着材の搬送が停止され、また、各槽２，３，４，５，６の間がエアロック機構によって閉塞される。
【００３１】
吸着槽２には、被処理ガス供給ライン１３と、第１オフガス排出ライン１４とが接続されている。吸着槽２では、被処理ガス供給ライン１３を介して被処理ガスが供給され、当該被処理ガス中に含まれる所定のガスがガス吸着材に吸着され、このガス吸着材に吸着されなかったガス（以下、このガスをオフガスと称する）が第１オフガス排出ライン１４から排出される。
【００３２】
被処理ガス供給ライン１３には、除湿器１０が設けられており、被処理ガスが、ある程度まで冷却されて除湿される。尚、被処理ガスとして、天然ガス燃焼排ガスが使用される場合、ＬＮＧ冷熱を利用して、被処理ガスを冷却するように構成しても良い。
【００３３】
パージ槽３には、第２オフガス排出ライン１５と、精製ガス供給ライン１６とが接続されている。パージ槽３では、吸着槽２からコンベア９によって搬送されてきたガス吸着材について、再生槽５から脱着した所定のガス（以下、このガスを精製ガスと称する）の一部を使用して、パージ処理が実施される。精製ガスの一部が、精製ガス供給ライン１６を介して供給されることにより、ガス吸着材に付随する所定のガス以外のガス、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等が第２オフガス排出ライン１５から排出される。
【００３４】
予備加熱槽４には、予備冷却槽６との間で気体が循環するように、循環ライン１７が接続されている。尚、循環ライン１７には、ブロアー１１が設けられている。予備加熱槽４では、パージ槽３からコンベア９によって搬送されてきたガス吸着材が、再生工程後のガス吸着材の熱を帯びる気体によって予備加熱される。
【００３５】
再生槽５は、耐熱材料で構成される外熱式の再生槽５であって、加熱には例えば１５０℃以下の蒸気が使用される。再生槽５には、精製ガス排出ライン１８が接続されており、精製ガス排出ライン１８には真空ポンプ１２が設けられている。所定のガスを吸着したガス吸着材が、再生槽５の中に搬送されると、第１エアロック機構７と第２エアロック機構８が閉鎖される。そして、例えば、被処理ガス中に含まれる所定のガスの分圧未満まで、真空ポンプ１２によって再生槽５の内部が減圧された状態で、ガス吸着材が所定温度で加熱される。その結果、所定のガスが、ガス吸着材から脱着して、精製ガス排出ライン１８から排出されて回収される。尚、精製ガス排出ライン１８には、精製ガス供給ライン１６が接続されており、精製ガスの一部がパージ槽３でのパージ処理に使用される。
【００３６】
予備冷却槽６には、予備加熱槽４との間で気体が循環するように、循環ライン１７が接続されている。これにより、予備冷却槽６内の圧力と温度のそれぞれは、予備加熱槽４内の圧力と温度と均等になる。ガス吸着材の再生工程が終わると、第１エアロック機構７と第２エアロック機構８が開放され、ガス吸着材が予備冷却槽６に搬送されて予備冷却される。即ち、再生槽５における再生工程後のガス吸着材の熱が、循環ライン１７を流れる気体によって回収されてガス吸着材が冷却され、この熱を回収した気体が予備加熱槽４に供給される。予備冷却されたガス吸着材は、コンベア９によって再び吸着槽２に搬送される。
【００３７】
（ガス分離回収方法）
本実施形態のガス分離回収方法は、被処理ガス中に含まれる所定のガスをガス吸着材に吸着させ、ガス吸着材に吸着されなかったガスを排出する吸着工程と、吸着工程を経て所定のガスが吸着されたガス吸着材をパージ処理するパージ工程と、パージ工程を経たガス吸着材から所定のガスを脱着させる再生工程と、再生工程の前に行われ、ガス吸着材を予備加熱する予備加熱工程と、再生工程の後に行われ、ガス吸着材を予備冷却する予備冷却工程とを包含する。尚、パージ工程については、必要に応じて実施するようにしても良い。
【００３８】
吸着工程は、吸着槽２において実施される。被処理ガス供給ライン１３を介して供給された被処理ガスが、コンベア９によって吸着槽２内に搬送されてきたガス吸着材と接触し、被処理ガス中に含まれる所定のガスがガス吸着材に吸着される。所定のガスが二酸化炭素の場合、例えば、４０℃〜５０℃の大気圧（１０．１３×１０４Ｐａ）下で所定時間実施すると良い。吸着工程を終えたガス吸着材は、コンベア９によってパージ槽３に搬送される。
【００３９】
パージ工程は、パージ槽３において実施される。例えば、再生工程で得られた精製ガスの一部を使用して、パージ処理を実施しても良い。パージ工程によって、ガス吸着材に付随する、所定のガス以外のガスが除去される。所定のガスが二酸化炭素の場合、例えば、４０℃〜５０℃の大気圧（１０．１３×１０４Ｐａ）下で所定時間実施すると良い。
【００４０】
予備加熱工程は、予備加熱槽４において実施される。予備加熱するための熱源としては、再生工程後のガス吸着材がもつ熱を利用する。本実施形態では、再生工程後のガス吸着材の熱を帯びる気体によってガス吸着材が予備加熱される。所定のガスが二酸化炭素の場合、例えば、およそ５．９×１０４Ｐａの圧力下で、ガス吸着材がおよそ吸着工程の温度と再生工程の温度の中間温度（５５℃〜７０℃）になるまで、所定時間実施すると良い。
【００４１】
再生工程は、再生槽５において実施される。再生工程は、被処理ガス中に含まれる所定のガスの分圧未満まで再生槽５の内部を減圧した状態で、ガス吸着材を、例えば１５０℃以下で加熱すると良い。所定のガスが二酸化炭素の場合、例えば、７０℃〜９０℃、１．０×１０４Ｐａの圧力下で所定時間実施すると良い。
【００４２】
予備冷却工程は、予備冷却槽６において実施される。予備冷却工程は、再生工程後のガス吸着材が持つ熱を、気体により回収することによって行われ、予備冷却工程で回収された熱は、予備加熱工程で使用される。具体的に、本実施形態においては、再生工程を経て所定のガスが脱着されたガス吸着材から気体によって熱を回収して、このガス吸着材を予備冷却し、この気体により回収された熱は、予備加熱槽４において現在行われている予備加熱工程で使用されるようになっており、予備加熱槽４において予備加熱工程に供されるガス吸着材は、このガス吸着材よりも前に再生工程を経て予備冷却槽６において予備冷却工程に供されるガス吸着材の持つ熱によって加熱されることになる。予備冷却工程は、所定のガスが二酸化炭素の場合、例えば、およそ５．９×１０４Ｐａの圧力下で、ガス吸着材がおよそ、吸着工程の温度と再生工程の温度の中間温度（５５℃〜７０℃）になるまで、所定時間実施すると良い。予備冷却されたガス吸着材は、移送工程によって再び吸着工程に搬送される。
【００４３】
（被処理ガス、及び回収対象となるガス）
本実施形態のガス分離回収システム１によって処理可能な被処理ガスとしては、例えば、火力発電所、製鉄所高炉、自動車等から排出される産業排出ガスが挙げられる。特に、火力発電所より排出されるガスとしては、例えば、天然ガス燃焼排ガス（１００℃、１０１．３ｋＰａ、３．９体積％のＣＯ２、水蒸気飽和、約５ｐｐｍのＮＯｘ）、石炭燃焼排ガス（５０℃、１０１．３ｋＰａ、１４体積％のＣＯ２、水蒸気飽和、約２０ｐｐｍのＮＯｘ、約３０ｐｐｍのＳＯｘ）が挙げられる。
また、被処理ガスから回収される所定のガスは、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素等が挙げられるが、好ましくは二酸化炭素である。
【００４４】
（ガス吸着材）
本実施形態のガス分離回収システム１に適用可能なガス吸着材としては、例えば、イオン液体と担体とを備え、イオン液体が担体に担持されているものであることが望ましい。
【００４５】
好適なイオン液体としては、ガス吸収時に固体から液体に相変化し、ガス脱離時に液体から固体に相変化する相変化イオン液体が挙げられる。特に、回収対象となるガスが二酸化炭素である場合、相変化イオン液体は、テトラエチルホスホニウムベンゾイミダゾリド（Ｐ２Ｂｎ）であることが望ましい。好適な担体としては、多孔性物質である二酸化ケイ素や活性炭等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、二酸化炭素等のガスを吸収するガス分離回収システムに関する技術の分野において好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガス分離回収システム
２  吸着槽
３  パージ槽
４  予備加熱槽
５  再生槽
６  予備冷却槽
７  第１エアロック機構
８  第２エアロック機構
９  コンベア（移送手段の一例）
１０  除湿器
１１  ブロアー
１２  真空ポンプ
１３  被処理ガス供給ライン
１４  第１オフガス排出ライン
１５  第２オフガス排出ライン
１６  精製ガス供給ライン
１７  循環ライン
１８  精製ガス排出ライン
【図１】
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