(57)【要約】【課題】ＣＯ2の濃縮性能を向上させると共に、小型化を図ったガス精製装置及びガス精製方法を提供する。【解決手段】ガス精製装置１０は、ＣＯ2と空気を含有するビール発酵ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2を分離する第１のスタティックミキサ１３−１と、ビール発酵ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて空気とＣＯ2とを分離する第１の吸収塔１４−１と、吸収水１２中のＣＯ2を放散する第１の放散塔１５−１と、第１の放散塔１５−１から放散されたＣＯ2ガス１６Ａを更に吸収水１２に混合し、ＣＯ2ガス１６ＡからＣＯ2を分離する第２のスタティックミキサ１３−２と、ＣＯ2ガス１６Ｂを空気とＣＯ2とに分離する第２の吸収塔１４−２と、吸収水１２中のＣＯ2を放散する第２の放散塔１５−２と、を有する。再度吸収水１２中に吸収したＣＯ2を放散することで、更に高濃度に濃縮したＣＯ2ガス１６Ｃを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する第１の混合手段と、前記第１の混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第１の吸収塔との何れか一方又は両方と、
前記第１の吸収塔で前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する第１の放散塔と、
前記第１の放散塔から放散されたＣＯ2ガスを更に吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2ガスからＣＯ2を分離する第２の混合手段と、前記第２の混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第２の吸収塔との何れか一方又は両方と、
前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔でＣＯ2を吸収した前記吸収水中のＣＯ2を放散する第２の放散塔と、を有し、
前記第２の放散塔から放散されるＣＯ2ガス中のＣＯ2を高純度とすることを特徴とするガス精製装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の混合手段と前記第１の吸収塔と前記第１の放散塔とから構成される第１の濃縮装置と、前記第２の混合手段と前記第２の吸収塔と前記第２の放散塔とから構成される第２の濃縮装置との何れか一方または両方の装置を有することを特徴とするガス精製装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の混合手段及び前記第２の混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記第１の吸収塔が、充填層を備えた充填塔、又は棚板を備えた棚段塔であることを特徴とするガス精製装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つにおいて、
前記第２の吸収塔が、スプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔又は気泡攪拌塔の何れか一つであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つにおいて、
前記第１の放散塔及び前記第２の放散塔においてＣＯ2が放散された吸収水を前記第１の吸収塔及び前記第２の吸収塔に各々循環させる第１の吸収水循環ライン及び第２の吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置。
【請求項７】
請求項１及至６の何れか一つにおいて、
前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔において、吸収水に吸収されなかった非吸収ガスを前記第１の混合手段又は前記第１の吸収塔の上流側へ返送する非吸収ガス返送ラインを有することを特徴とするガス精製装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、空気、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成されたビール発酵ガスであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項１０】
請求項１及至９の何れか一つにおいて、
前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方において前記ＣＯ2含有ガスを前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置。
【請求項１１】
水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する第１の混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第１のＣＯ2吸収工程との何れか一方又は両方の工程と、
前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する第１のＣＯ2ガス放散工程と、
前記第１のＣＯ2ガス放散工程により放散されたＣＯ2ガスを更に吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2ガスからＣＯ2を分離する第２の混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第２のＣＯ2吸収工程との何れか一方又は両方の工程と、
前記第２のＣＯ2ガス混合工程又は前記第２のＣＯ2吸収工程によりＣＯ2を吸収した前記吸収水中のＣＯ2を放散する第２のＣＯ2ガス放散工程とを含み、
前記第２のＣＯ2ガス放散工程から放散されるＣＯ2ガス中のＣＯ2を高純度とすることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第１の混合工程と前記第１のＣＯ2吸収工程と前記第１のＣＯ2ガス放散工程とから構成される第１の濃縮工程と、
前記第２の混合工程と前記第２のＣＯ2吸収工程と前記第２のＣＯ2ガス放散工程とから構成される第２の濃縮工程との何れか一方または両方の工程を有することを特徴とするガス精製方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
前記第１の混合工程及び前記第２の混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３の何れか一つにおいて、
前記第１のＣＯ2吸収工程が、充填層を備えた充填塔、又は棚板を備えた棚段塔を用いることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４の何れか一つにおいて、
前記第２のＣＯ2吸収工程が、スプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔又は気泡攪拌塔の何れか一つを用いることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至１５の何れか一つにおいて、
前記第１のＣＯ2ガス放散工程及び前記第２のＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記第１のＣＯ2吸収工程及び前記第２のＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として各々循環させることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１７】
請求項１１及至１６の何れか一つにおいて、
前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔において、吸収水に吸収されなかった非吸収ガスを前記第１の混合手段又は前記第１の吸収塔の上流側へ返送して再度、処理することを特徴とするガス精製方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至１７の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、空気、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至１８の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成されたビール発酵ガスであることを特徴とするガス精製方法。
【請求項２０】
請求項１１及至１９の何れか一つにおいて、
前記第１のＣＯ2吸収工程又は第２のＣＯ2吸収工程の何れか一方又は両方において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばビール生産工程で発生するビール発酵ガスから高純度に濃縮した二酸化炭素（ＣＯ2）を精製するガス精製装置及びガス精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる有機系廃棄物、例えば、汚泥、生ごみ、し尿等を、タンク内などで嫌気処理が行われ、発酵させることによって生物学的に処理すると、メタン（ＣＨ4）、ＣＯ2、硫化水素（Ｈ2Ｓ）等からなるメタン発酵ガス（消化ガス）が発生する。この消化ガスの主成分はＣＯ2とＣＨ4であるが、ＣＨ4を例えば６０％程度、ＣＯ2を例えば３０〜４０％程度含有し、その他、Ｈ2Ｓ等を含んでいる。近年、かかる消化ガスなどバイオ発酵して生成されたガスをエネルギー源として有効利用することが検討されている。
【０００３】
また、ビール生産工程において発酵タンクからバイオ発酵して生成されたビール発酵ガスには、主成分としてＣＯ2と空気が含有されている。このビール発酵ガスからＣＯ2を分離して取り出して濃縮する方法として、例えば、アミン系の吸収液にＣＯ2を吸収させ、吸収液に溶解させたＣＯ2を回収し、精製する化学吸収法を用いたガス精製装置を採用することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、ＣＯ2を分離する方法としては、アミン系の吸収液を用いた化学吸収法の他に、高圧下で水等にＣＯ2を吸収する物理吸収法、ゼオライト等の吸着剤を用いた吸着法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５３３４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、例えばビール生産工程の発酵タンクから排出されるガスは、発酵後半では、ＣＯ2濃度が高いためＣＯ2を回収して精製されるが、発酵前半では、ＣＯ2濃度が低いため、ＣＯ2は回収されずに大気中に排出されている。このＣＯ2濃度が低いガスについてもＣＯ2を濃縮することにより既存のＣＯ2精製装置を用いてＣＯ2の精製、再利用を図ることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、発酵タンクから排出される発酵ガスを精製し、再利用するためには、濃縮したＣＯ2濃度を例えば９９．５％以上と非常に高い純度でのＣＯ2の分離、濃縮性能が要求される、という問題がある。
【０００８】
また、物理吸収法では、発酵ガス中に含まれているＣＯ2を吸収塔で水吸収によって除去するため、吸収塔の塔高を高くするなど装置を大型化する必要があり、また、化学吸収法は中小規模のガス処理には不向きであり、経済性等が悪い、という問題がある。
【０００９】
更に、吸着法では、ＣＯ2濃度を例えば９９．５％以上の高純度にまで濃縮することが困難、という問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＯ2の濃縮性能を向上させると共に、小型化を図ったガス精製装置及びガス精製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する第１の混合手段と、前記第１の混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第１の吸収塔との何れか一方又は両方と、前記第１の吸収塔で前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する第１の放散塔と、前記第１の放散塔から放散されたＣＯ2ガスを更に吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2ガスからＣＯ2を分離する第２の混合手段と、前記第２の混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第２の吸収塔との何れか一方又は両方と、前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔でＣＯ2を吸収した前記吸収水中のＣＯ2を放散する第２の放散塔と、を有し、前記第２の放散塔から放散されるＣＯ2ガス中のＣＯ2を高純度とすることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１の混合手段と前記第１の吸収塔と前記第１の放散塔とから構成される第１の濃縮装置と、前記第２の混合手段と前記第２の吸収塔と前記第２の放散塔とから構成される第２の濃縮装置との何れか一方または両方の装置を有することを特徴とするガス精製装置にある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記第１の混合手段及び前記第２の混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記第１の吸収塔が、充填層を備えた充填塔、又は棚板を備えた棚段塔であることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１５】
第５の発明は、第１乃至４の何れか一つの発明において、前記第２の吸収塔が、スプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔又は気泡攪拌塔の何れか一つであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１６】
第６の発明は、第１乃至５の何れか一つの発明において、前記第１の放散塔及び前記第２の放散塔においてＣＯ2が放散された吸収水を前記第１の吸収塔及び前記第２の吸収塔に各々循環させる第１の吸収水循環ライン及び第２の吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置にある。
【００１７】
第７の発明は、第１及至６の何れか一つの発明において、前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔において、吸収水に吸収されなかった非吸収ガスを前記第１の混合手段又は前記第１の吸収塔の上流側へ返送する非吸収ガス返送ラインを有することを特徴とするガス精製装置にある。
【００１８】
第８の発明は、第１乃至７の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、空気、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１９】
第９の発明は、第１乃至８の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成されたビール発酵ガスであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００２０】
第１０の発明は、第１及至９の何れか一つの発明において、前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方において前記ＣＯ2含有ガスを前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記第１の吸収塔又は前記第２の吸収塔の何れか一方又は両方の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置にある。
【００２１】
第１１の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する第１の混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第１のＣＯ2吸収工程との何れか一方又は両方の工程と、前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する第１のＣＯ2ガス放散工程と、前記第１のＣＯ2ガス放散工程により放散されたＣＯ2ガスを更に吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2ガスからＣＯ2を分離する第２の混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する第２のＣＯ2吸収工程との何れか一方又は両方の工程と、前記第２のＣＯ2ガス混合工程又は前記第２のＣＯ2吸収工程によりＣＯ2を吸収した前記吸収水中のＣＯ2を放散する第２のＣＯ2ガス放散工程とを含み、前記第２のＣＯ2ガス放散工程から放散されるＣＯ2ガス中のＣＯ2を高純度とすることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２２】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記第１の混合工程と前記第１のＣＯ2吸収工程と前記第１のＣＯ2ガス放散工程とから構成される第１の濃縮工程と、前記第２の混合工程と前記第２のＣＯ2吸収工程と前記第２のＣＯ2ガス放散工程とから構成される第２の濃縮工程との何れか一方または両方の工程を有することを特徴とするガス精製方法にある。
【００２３】
第１３の発明は、第１１又は１２の発明において、前記第１の混合工程及び前記第２の混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２４】
第１４の発明は、第１１乃至１３の何れか一つの発明において、前記第１のＣＯ2吸収工程が、充填層を備えた充填塔、又は棚板を備えた棚段塔を用いることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２５】
第１５の発明は、第１１乃至１４の何れか一つの発明において、前記第２のＣＯ2吸収工程が、スプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔又は気泡攪拌塔の何れか一つを用いることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２６】
第１６の発明は、第１１乃至１５の何れか一つの発明において、前記第１のＣＯ2ガス放散工程及び前記第２のＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記第１のＣＯ2吸収工程及び前記第２のＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として各々循環させることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２７】
第１７の発明は、第１１及至１６の何れか一つの発明において、前記第２の混合手段又は前記第２の吸収塔において、吸収水に吸収されなかった非吸収ガスを前記第１の混合手段又は前記第１の吸収塔の上流側へ返送して再度、処理することを特徴とするガス精製方法にある。
【００２８】
第１８の発明は、第１１乃至１７の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、空気、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２９】
第１９の発明は、第１１乃至１８の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成されたビール発酵ガスであることを特徴とするガス精製方法にある。
【００３０】
第２０の発明は、第１１及至１９の何れか一つの発明において、前記第１のＣＯ2吸収工程又は第２のＣＯ2吸収工程の何れか一方又は両方において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法にある。
【発明の効果】
【００３１】
本実施例に係るガス精製装置によれば、第１の混合手段及び第１の吸収塔と、第１の放散塔とにおいて、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収水中に吸収し、前記吸収水中に吸収したＣＯ2を放散することで、回収されたＣＯ2ガス中のＣＯ2濃度を高くすることができる。そして、第２の混合手段、第２の吸収塔の何れか一方または両方と、第２の放散塔において、回収されたＣＯ2ガスを、再度、吸収水中に吸収することで、前記吸収水中にはＣＯ2を更に高濃度に濃縮して吸収することができる。この吸収水中に吸収されたＣＯ2を再度、放散することで、更に高濃度に濃縮された高純度のＣＯ2ガスを得ることができる。よって、本発明に係るガス精製装置を用いることで、前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を２段濃縮し、高純度のＣＯ2ガスを回収することができる。
【００３２】
また、本実施例に係るガス精製装置は、少なくとも第１の混合手段を設け、前記第１の混合手段と前記第１の吸収塔とを組み合わせたハイブリッド吸収システムとするものである。よって、前記第１の吸収塔には予め吸収水にＣＯ2含有ガス中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを供給することで、前記第１の吸収塔内において前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2の吸収水への吸収負荷を軽減することができるため、前記第１の吸収塔の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るガス精製装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係るガス精製装置の他の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
図１に示すように、本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2と空気を含有するビール発酵ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2を分離する第１のスタティックミキサ（第１の混合手段）１３−１と、第１のスタティックミキサ１３−１により吸収水１２と混合した後のビール発酵ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させてビール発酵ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、空気とＣＯ2とを分離する第１の吸収塔１４−１と、第１の吸収塔１４−１でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する第１の放散塔１５−１と、第１の放散塔１５−１から放散されたＣＯ2ガス１６Ａを更に吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、ＣＯ2ガス１６ＡからＣＯ2を分離する第２のスタティックミキサ（第２の混合手段）１３−２と、第１の放散塔１５−１から放散されたＣＯ2ガス１６を吸収水１２と接触させてＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、吸収水１２に吸収されなかった空気とＣＯ2とを分離する第２の吸収塔１４−２と、第２の吸収塔１４−２でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する第２の放散塔１５−２と、を有するものである。
【００３５】
即ち、本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、第１の濃縮装置Ａと、第２の濃縮装置Ｂとで構成されている。第１の濃縮装置Ａは、第１のスタティックミキサ（第１の混合手段）１３−１と第１の吸収塔１４−１と第１の放散塔１５−１とから構成されている。また、第２の濃縮装置Ｂは、第２のスタティックミキサ（第２の混合手段）１３−２と第２の吸収塔１４−２と第２の放散塔１５−２とから構成されている。
【００３６】
尚、本実施例では、ＣＯ2含有ガスとしてビール生産工程においてバイオ発酵して生成されるＣＯ2、空気、を含有するビール発酵ガス１１Ａを用いて説明する。
また、前記ガス精製装置は、既設のビール生産工程において発酵タンクなどのガス源からバイオ発酵して生成されたビール発酵ガス１１Ａを回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。
【００３７】
本実施例に係るガス精製装置１０は、生成されたビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2を分離し、ＣＯ2ガス１６Ａを生成する第１の濃縮工程Ｉと、ＣＯ2ガス１６ＡのＣＯ2濃度を更に高濃度に濃縮し、ＣＯ2ガス１６Ｃを生成する第２の濃縮工程ＩＩとからなる。
また、第１の濃縮工程Ｉは、ビール発酵ガス１１Ａを圧縮する第１のガス圧縮工程Ｉ−１と、第１のスタティックミキサ１３−１で構成される第１の混合工程Ｉ−２Ａ及び第１の吸収塔１４−１で構成される第１のＣＯ2ガス吸収工程Ｉ−２Ｂとからなる第１の吸収工程Ｉ−２と、第１の放散塔１５−１からなる第１のＣＯ2ガス放散工程Ｉ−３とで構成される。
また、第２の濃縮工程ＩＩは、第１のＣＯ2ガス放散工程Ｉ−３から回収されるＣＯ2ガス１６Ａを圧縮する第２のガス圧縮工程ＩＩ−１と、第２のスタティックミキサ１３−２で構成される第２の混合工程ＩＩ−２Ａ及び第２の吸収塔１４−２で構成される第２のＣＯ2ガス吸収工程ＩＩ−２Ｂとからなる第２の吸収工程ＩＩ−２と、第２の放散塔１５−２からなる第２のＣＯ2ガス放散工程ＩＩ−３とで構成される。
【００３８】
（第１の濃縮工程Ｉ）
第１の濃縮工程Ｉは、上述のように、第１のガス圧縮工程Ｉ−１、第１の吸収工程Ｉ−２及び第１のＣＯ2ガス放散工程Ｉ−３とからなる。
【００３９】
（第１のガス圧縮工程Ｉ−１）
ビール発酵ガス１１Ａは、例えばビール生産工程においてバイオ発酵して生成され、主成分として空気、ＣＯ2等を含有している。ビール生産工程において排出される空気、ＣＯ2を含有するビール発酵ガス１１Ａはガスフィルタ（デミスタ組込型）２２に送られ、除塵及びミスト除去された後、ガス圧縮機２３−１に導入され、ガス圧縮機２３−１により昇圧される。昇圧されたビール発酵ガス１１Ａはガスクーラ２４−１に送られ、冷却水により冷却された後、第１のスタティックミキサ１３−１に送給される。
【００４０】
ガス圧縮機２３−１としてはレシプロ式等が使用される。ガス圧力検出器２５−１においてビール発酵ガス１１Ａの圧力を検出し、還流通路２６−１に設けた開閉弁Ｖ１の開閉を調整することによりガス圧縮機２３−１の出口のビール発酵ガス１１Ａの一部をガス圧縮機２３−１の入口に還流させる。ビール発酵ガス１１Ａの一部を還流させることで、ビール発酵ガス１１Ａの流量変動に対応して制御することができる。また、開閉弁Ｖ２は、ガス精製装置１０の停止時などに第１のスタティックミキサ１３−１へのビール発酵ガス１１Ａの供給を遮断する弁である。
【００４１】
（第１の吸収工程Ｉ−２）
第１の吸収工程Ｉ−２は、上述の通り、第１のスタティックミキサ１３−１で構成される第１の混合工程Ｉ−２Ａと、吸収塔１４で構成されるＣＯ2ガス吸収工程Ｉ−２Ｂとで構成されている。
第１のスタティックミキサ１３−１では、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を選択的に吸収水１２に溶解して分離する。この第１のスタティックミキサ１３−１での操作圧力を高くするほどＣＯ2の溶解度は高くなり、ＣＯ2の吸収効率は上がるが、操作圧力が高くなるとガス圧縮機２３−１の電力使用量が上昇して運転コストが高くなるため、例えば０．６ＭＰａＧ以下の圧力まで、ガス圧縮機２３−１で加圧している。そのため、ガス圧縮機２３−１で加圧されたビール発酵ガス１１Ａは昇温するため、ガスクーラ２４−１で常温まで冷却した後、第１のスタティックミキサ１３−１に送給するようにしている。
【００４２】
ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2は、後述のように、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１において吸収水１２中に吸収するようにしている。第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１において吸収水１２中にＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収工程では、圧力の高い条件下で、ＣＯ2を吸収水１２中に吸収するようにしている。
【００４３】
ここで、表１はガス成分について溶解度を示したものである。また、この表１は、圧力１ａｔｍで濃度１００％の場合の各気体の溶解度を示したものである。水に対する溶解度は、ガス成分、温度、及び各々のガスの分圧により異なるが、表１に示すように、溶解度は温度が低くなるほど大きい。また、溶解度はガス分圧に比例し、ガス分圧が高くなるほど大きくなる。表１では、一例としてＣＯ2、ＣＨ4、Ｎ2及びＯ2の溶解度を示しているが、ＣＯ2は、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分よりも水に対する溶解度が１桁以上大きい。
【００４４】
【表１】
2010207727.tif 000003
【００４５】
よって、ビール発酵ガス１１Ａを吸収水１２に気液接触させると、ＣＯ2の溶解量がＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分の溶解量よりも大きいため、ＣＯ2をＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分と分離することができる。従って、第１の吸収工程を第１のスタティックミキサ１３−１等の簡易吸収設備と第１の吸収塔１４−１とを組み合わせたハイブリッド方式とすることにより、スタティックミキサ又は吸収塔の何れか一方のみを用いる場合に比べてビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２中に効率よく吸収することができる。
【００４６】
また、後述するように、第２のスタティックミキサ１３−２及び第２の吸収塔１４−２からなる第２の吸収工程ＩＩ−２は、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１からなる第１の吸収工程Ｉ−２よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率を低くしている。吸収水１２中にＣＯ2を吸収すると、吸収水１２のｐＨが下がり、逆に吸収水１２中にＣＯ2を吸収し難くなる。また、吸収水１２中にＣＯ2を吸収することができても他のガス成分も同時に吸収されると、吸収水１２中から放散されるガス中には、ＣＯ2以外に他のガス成分も多く含有されることになるため、第２の放散塔１５−２から回収されるＣＯ2ガス１６Ｃ中のＣＯ2の純度が低くなる。すなわち、第２の吸収工程においてＣＯ2の吸収効率を第１の吸収工程よりも小さくすることで、吸収水１２中のｐＨの低下を抑えることができるため、ＣＯ2と他のガス成分との水への溶解度の差によりＣＯ2を効率よく吸収水１２中に吸収させることができる。
【００４７】
よって、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１からなる第１の吸収工程では、後述するように、ビール発酵ガス１１Ａを吸収水１２中に高効率で吸収するようにしている。そして、第２のスタティックミキサ１３−２及び第２の吸収塔１４−２からなる第２の吸収工程ＩＩ−２では、前記第１の吸収工程Ｉ−２におけるＣＯ2の吸収水１２への吸収効率よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率を低くしている。この結果、第２の吸収工程ＩＩ−２では、ＣＯ2ガス１６Ａ中に含まれるＣＯ2を優先的に吸収させることができ、吸収水１２中に吸収したＣＯ2を再度放散することで、高濃度に濃縮され、高純度化したＣＯ2ガス１６Ｃを得ることができる。
【００４８】
（第１の混合工程Ｉ−２Ａ）
第１のスタティックミキサ１３−１に送給されたビール発酵ガス１１Ａは、第１のスタティックミキサ１３−１において、ビール発酵ガス１１Ａは本体１３ａ内に供給される吸収水１２と混合される。
第１のスタティックミキサ１３−１は、駆動部のない静止型混合器で、ビール発酵ガス１１Ａと吸収水１２を送入すると管内に内蔵したエレメントの撹拌効果により、気泡を微細化して吸収水１２中に均一分散することができる。吸収水１２とビール発酵ガス１１Ａを第１のスタティックミキサ１３−１に送入し、第１のスタティックミキサ１３−１の本体１３ａ内において、ビール発酵ガス１１Ａと吸収水１２とを激しく気液接触させることで、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2の一部を吸収水１２に吸収させることができ、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2の一部を除去することができる。
【００４９】
また、吸収水１２の温度が低いほどＣＯ2の溶解度が高くなるため、吸収には吸収水クーラ２７−１で冷却した１０℃から２０℃程度の低温の吸収水１２を第１の吸収塔１４−１に送給する吸収水循環ライン２８−１から分岐した第一の吸収水抜出しライン２９−１を介して第１のスタティックミキサ１３−１へ供給する。
【００５０】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、混合手段として第１のスタティックミキサ１３−１を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、簡易吸収設備としてラインミキサ、ベンチュリスクラバなど他の形式のものも適用することができる。これらの簡易吸収設備を用いてビール発酵ガス１１Ａと吸収水１２とを混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2と、空気など他のガス成分とを分離することができるものであれば同様に用いることができる。
【００５１】
第１のスタティックミキサ１３−１は、コンパクトで、かつ効率良くビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収することができるが、第１のスタティックミキサ１３−１のみではビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を完全に吸収することは困難であるため、第１のスタティックミキサ１３−１から排出されるビール発酵ガス１１Ｂ中には、ＣＯ2が一部残留する。
【００５２】
（第１のＣＯ2吸収工程Ｉ−２Ｂ）
第１のスタティックミキサ１３−１でＣＯ2が一部除去された後のビール発酵ガス１１Ｂは、第１の吸収塔１４−１に送給される。第１の吸収塔１４−１の塔頂部３１−１から吸収水１２が供給され、第１の吸収塔１４−１内の水洗部１４Ａで塔底から導入されるビール発酵ガス１１Ｂとノズル３２−１から供給される吸収水１２とが気液接触して、ビール発酵ガス１１Ｂ中に残留したＣＯ2をほぼ完全に吸収水１２に吸収することができ、第１の吸収塔１４−１の塔頂部３１−１に至るころには、ビール発酵ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を除去することができる。
【００５３】
また、本実施例では、第１の吸収塔１４−１においてビール発酵ガス１１Ｂが塔底部３４−１側から塔頂部３１−１側に向かって流れるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の吸収塔１４−１においてビール発酵ガス１１Ｂを第１の吸収塔１４−１の塔上部側近傍から導入すると共に、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液３５−１を第１の吸収塔１４−１の塔底部３４−１側から抜出すようにしてもよい。
【００５４】
このため、第１の吸収塔１４−１の塔頂部３１−１からはほとんどＣＯ2を含まない空気３３−１が非吸収ガスとして排出される。
【００５５】
また、第１の吸収塔１４−１には第１のスタティックミキサ１３−１において予め吸収水１２にビール発酵ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水１２と混合した後のビール発酵ガス１１Ｂを供給することで、第１の吸収塔１４−１内においてビール発酵ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、第１の吸収塔１４−１の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００５６】
また、第１の吸収塔１４−１内に供給された吸収水１２はビール発酵ガス１１Ｂと気液接触してビール発酵ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を吸収した後、第１の吸収塔１４−１の塔底部３４−１でリッチ溶液３５−１として回収される。
【００５７】
また、第１の吸収塔１４−１は後述する第２の吸収塔１４−２よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率が高いものを用いている。これは、ＣＯ2をできるだけ高い効率で回収して第２の吸収工程に供給するためである。本実施例に係るガス精製装置１０においては、第１の吸収塔１４−１としては充填層を備えた充填塔を採用している。第１の吸収塔１４−１に充填塔方式のものを採用することで、第１の吸収塔１４−１は後述する第２の吸収塔１４−２よりもＣＯ2を吸収水１２へ高効率で吸収することができる。また、第２の吸収工程では、前記第１の吸収工程よりもＣＯ2の吸収効率を低くしている。この結果、ＣＯ2ガス１６Ａ中に含まれるＣＯ2を優先的に吸収させることができ、高濃度に濃縮され、高純度のＣＯ2ガス１６Ｃを得ることができる。
【００５８】
また、第１の吸収塔１４−１は、充填塔方式のものの他、第２の吸収塔１４−２よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率が高いものであればよく、例えば棚板を備えた棚段塔など他の形式のものを採用するようにしてもよい。
【００５９】
また、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１において安定してＣＯ2を吸収水１２に吸収させるため、第１の吸収塔１４−１は圧力制御計２５−２により開閉弁Ｖ３の開閉を調節して一定の圧力に保持するようにする。
【００６０】
また、第１の吸収塔１４−１の塔底部３４−１には液位調節計３６−１が設けられており、液位調節計３６−１により塔底部３４−１のリッチ溶液３５−１の液位が一定となるように開閉弁Ｖ４の開閉を調節し、制御する。
【００６１】
また、塔底部３４−１に回収されたリッチ溶液３５−１はリッチ溶液送給ライン３７−１より抜出されて第１の放散塔１５−１の塔頂部３８−１から塔内に供給される。
【００６２】
（第１のＣＯ2ガス放散工程Ｉ−３）
第１の放散塔１５−１の塔頂部３８−１からノズル３９−１で塔内部に放出されたリッチ溶液３５−１は、第１の放散塔１５−１の本体１５ａ内で減圧処理してリッチ溶液３５−１中に溶解しているＣＯ2をリッチ溶液３５−１から除去する。第１の放散塔１５−１の本体１５ａ内で第１の吸収塔１４−１よりも低い圧力、あるいは大気圧レベルまで減圧する。減圧処理することにより、リッチ溶液３５−１中に溶解していたガスが放散するが、ＣＯ2の溶解度が他のガス成分より高いため、ＣＯ2を主成分とするガスを放散させることができる。
【００６３】
よって、第１の放散塔１５−１の塔頂部３８−１からは塔内においてリッチ溶液３５−１から放出され、分離したＣＯ2ガス１６Ａがガス排出ライン４２−１を介して回収される。また、ビール発酵ガス１１Ｂには、主成分としてＣＯ2と空気が含有されているため、第１の放散塔１５−１から排出されるＣＯ2ガス１６Ａに空気を多少含有して排出される。このＣＯ2ガス１６Ａは、通常、精製・再利用する際の要求純度（例えば、９９．５ｖｏｌ％程度）には達しないため、ＣＯ2ガス１６Ａは第２のスタティックミキサ１３−２及び第２の吸収塔１４−２からなる第２の吸収工程において、ＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2の濃縮操作を行なうことによりＣＯ2ガス１６Ａ中の空気など他のガス成分を分離し、更にＣＯ2を高濃度に濃縮することができる。これにより、ＣＯ2ガス１６Ａは、通常、精製・再利用する際の要求純度（例えば、９９．５ｖｏｌ％程度）を満たすことができる。
【００６４】
リッチ溶液３５−１中に溶解しているＣＯ2を除去する方法として、これに限定されるものではなく、リッチ溶液３５−１中のＣＯ2ガスを分離し、リッチ溶液３５−１からＣＯ2を除去し、吸収水として吸収水１２を再生することができるものであればよい。
【００６５】
また、第１の放散塔１５−１の内部には液面計測計４３−１が設けられており、液面計測計４３−１により第１の放散塔１５−１内のリッチ溶液３５−１の溶液量を測定する。
【００６６】
また、第１の放散塔１５−１でＣＯ2など吸収水１２中に溶解したガスを放散し、再生された吸収水１２は吸収水ポンプ４４−１により吸収水循環ライン２８−１に抜出される。そして、抜出された吸収水１２は吸収効率を上げるために吸収水クーラ２７−１にて冷却水により１０℃から２０℃程度まで冷却された後、第１の放散塔１５−１の上部に供給され、循環使用される。吸収水クーラ２７−１の冷媒に用いられる冷却水としては、例えばチリングユニットから供給される冷水などが用いられる。
【００６７】
また、吸収水クーラ２７−１にて冷却された水１２の一部は、上述のように第一の吸収水抜出しライン２９−１より抜出して第１のスタティックミキサ１３−１に送給してビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させるために用いる。
【００６８】
また、吸収水循環ライン２８−１には、吸収水１２の一部を抜出す第二の吸収水抜出しライン２９−２を設け、第１の放散塔１５−１には、後述する吸収水循環ライン２８−２から抜出した吸収水１２を第１の放散塔１５−１内に送給する第二の吸収水抜出しライン２９−４を設ける。吸収水１２は第１の放散塔１５−１と吸収水循環ライン２８−１とを循環して再利用されるものであるが、ビール発酵ガス１１Ａ中には、いろいろな微量の不純物が混入しており、装置内への不純物の蓄積防止、及び吸収水１２の水質維持のため、吸収水１２を徐々に入替していく必要がある。そのため、第二の吸収水抜出しライン２９−２より吸収水１２の一部をブロー水４６として抜出し、後述のように第二の吸収水抜出しライン２９−４より抜出された吸収水１２の一部を第１の放散塔１５−１内に送給し、第１の放散塔１５−１と吸収水循環ライン２８−１とに吸収水１２を循環させる。
【００６９】
また、第二の吸収水抜出しライン２９−２には、開閉弁Ｖ５を設け、開閉弁Ｖ５を調整することにより第二の吸収水抜出しライン２９−２よりブロー水４６として抜出す吸収水１２の液量を調整する。
【００７０】
（第２の濃縮工程ＩＩ）
第２の濃縮工程ＩＩは、上述のような第１の濃縮工程Ｉと同様の工程であり、第２のガス圧縮工程ＩＩ−１、第２の吸収工程ＩＩ−２及び第２のＣＯ2ガス放散工程ＩＩ−３とからなる。
第２のガス圧縮工程ＩＩ−１、第２のＣＯ2吸収工程ＩＩ−２及び第２のＣＯ2ガス放散工程ＩＩ−３は、上述のような第１のガス圧縮工程Ｉ−１、第１の吸収工程Ｉ−２及びＣＯ2ガス放散工程Ｉ−３と同様の操作を繰り返し行なうものである。
【００７１】
（第２のガス圧縮工程ＩＩ−１、第２の吸収工程ＩＩ−２及び第２のＣＯ2ガス放散工程ＩＩ−３）
第１の放散塔１５−１で減圧して放散されたＣＯ2ガス１６Ａは、ガス圧縮機２３−２で再度加圧して、第２のスタティックミキサ１３−２において、ＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2の一部が吸収水１２に吸収される。そして、ＣＯ2ガス１６ＡからＣＯ2の一部を除去したＣＯ2ガス１６Ｂは、第２の吸収塔１４−２においてＣＯ2ガス１６Ｂ中に残留するＣＯ2を吸収水１２中に吸収させることができる。
【００７２】
また、第２の吸収塔１４−２は第１の吸収塔１４−１よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率が低いものを用いている。これは、吸収水１２中にＣＯ2を吸収しすぎると、吸収水１２のｐＨが下がり、逆に吸収水１２中にＣＯ2を吸収し難くなるためである。また、吸収水１２中にＣＯ2を吸収することができても他のガス成分も同時に吸収されると、吸収水１２中から放散されるガス中には、ＣＯ2以外に他のガス成分も多く含有されるため、第２の放散塔１５−２から回収されるＣＯ2ガス１６Ｃ中のＣＯ2の純度が低くなる。更に、第２の吸収工程においてＣＯ2の吸収効率を第１の吸収工程よりも小さくすると、吸収水１２中のｐＨの低下を抑えることができるため、ＣＯ2と他のガス成分との水への溶解度の差によりＣＯ2を効率よく吸収水１２中に吸収させることができるためである。
【００７３】
本実施例に係るガス精製装置１０においては、第２の吸収塔１４−２としては、例えばスプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔、気泡攪拌塔などの形式のものを採用する。あるいは吸収塔内の吸収圧力を低下させる方式のものを採用する。例えば気泡塔は、気泡塔内に吸収水１２を充填して、気泡塔の塔底からビール発酵ガス１６Ｂをガス分散器を用いて小さな気泡にして吹き込み、ビール発酵ガス１６Ｂを気泡塔内の吸収水１２中に連続的に気泡群として分散させることにより気液界面積を増大し、気液間の物質移動を行うものであり、気泡が吸収水１２中を上昇する間に気液接触を行ってＣＯ2を吸収するものである。そして、充填塔あるいは棚段塔と同様、吸収水１２は塔頂部から供給され、塔底部から抜出されて第２の放散塔１５−２に送給される。また、気泡塔の構成としては、上記の気泡塔の他に、エアリフト、多段式気泡塔、充填気泡塔、懸濁気泡塔等の形式などもあるが、いずれの形式も使用可能である。また、気泡攪拌塔は、攪拌機を備えた気泡攪拌塔にビール発酵ガス１６Ｂを吹き込み、攪拌翼により小気泡に細分して均一に分散させる形式のものである。
【００７４】
第２の吸収塔１４−２にスプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔、気泡攪拌塔などの形式のものを採用することで、第２の吸収塔１４−２は第１の吸収塔１４−１よりもＣＯ2の吸収水１２への吸収効率を低くすることができ、吸収水１２中のｐＨの低下を抑えることができる。このため、ＣＯ2と他のガス成分との水への溶解度の差によりＣＯ2を効率よく吸収水１２中に吸収させることができる。
【００７５】
そして、第２の放散塔１５−２においてリッチ溶液３５−２中に吸収されているＣＯ2は放散され、ＣＯ2ガス１６Ｃとして回収するものである。これにより、第２の放散塔１５−２から放散され、高濃度に濃縮された高純度のＣＯ2ガス１６Ｃを得ることができる。
【００７６】
このＣＯ2吸収とＣＯ2ガス放散を行なう操作を２段階で行い、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2を高濃度に濃縮し、ＣＯ2ガス１６Ｃを得る２段濃縮により、第２の放散塔１５−２から回収されるＣＯ2ガス１６Ｃ中のＣＯ2濃度は、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１によりＣＯ2吸収とＣＯ2ガス放散を行なう１段濃縮よりも更に高くなり、ＣＯ2を精製・再利用する際の要求純度（例えば、９９．５ｖｏｌ％程度）を満たすことができる。
【００７７】
また、第１の吸収塔１４−１及び第２の吸収塔１４−２には予め吸収水１２中に一部のＣＯ2を溶解させた後のガスを供給し、第１の吸収塔１４−１及び第２の吸収塔１４−２内においてガス中に残存するＣＯ2を吸収するようにしている。このため、ビール発酵ガス１１Ａ又はＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、第１の吸収塔１４−１及び第２の吸収塔１４−２の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００７８】
また、第２の吸収塔１４−２の塔頂部３１−２から排出される空気（非吸収ガス）３３−２は、ガス組成に応じてそのまま大気中に放出してもよいが、第２の吸収塔１４−２においては、ＣＯ2ガス１６Ｂ中のＣＯ2の水１２への吸収効率が低いものを用いているため、空気３３−２中にはＣＯ2が比較的多く含有されているため、第１のスタティックミキサ１３−１より上流側にある第１の濃縮工程（Ｉ）のガスフィルタ（デミスタ組込型）２１の上流側に非吸収ガス返送ライン４９より返送して再度、処理するようにしてもよい。また、第２の吸収塔１４−２において、吸収水１２に吸収されなかった空気３３−２を第１のスタティックミキサ１３−１の下流側であって第１の吸収塔１４−１の上流側に返送するようにしてもよい。
【００７９】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、第２のスタティックミキサ１３−２と第２の吸収塔１４−２との両方を設けているため、第２の吸収塔１４−２より排出される空気３３−２を非吸収ガス返送ライン４９を介して第１のスタティックミキサ１３−１より上流側に返送するようにしているが、第２の吸収工程が第２のスタティックミキサ１３−２のみから構成されている場合、第２のスタティックミキサ１３−２から排出される空気を非吸収ガス返送ライン４９を介して第１のスタティックミキサ１３−１より上流側に返送するようにしてもよい。また、第２のスタティックミキサ１３−２から排出される空気を第１のスタティックミキサ１３−１の下流側であって第１の吸収塔１４−１の上流側に返送するようにしてもよい。
【００８０】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、第２のガス圧縮工程においてガス圧縮機２３−２でＣＯ2ガス１６Ａを再度加圧するようにしているが、非吸収ガスである空気３３−２のガス性状及びＣＯ2ガス１６Ａのガス性状などの装置性能が要求値を満たす場合には、第２の吸収工程（ＩＩ−２）の操作圧力を第１の吸収工程（Ｉ−２）の操作圧力よりも下げ、第１の放散塔１５−１を第２の吸収塔１４−２とほぼ同じ圧力で運用するようにしてもよい。これにより、ガス圧縮機２３−２の設置を省略することができるため、電力使用量を低減することができる。
【００８１】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、第２の吸収工程ＩＩ−２に第２のスタティックミキサ１３−２及び第２の吸収塔１４−２の両方を用いているが、第２の吸収工程ＩＩ−２が、それほど高度のＣＯ2の分離性能を要求しない場合には、図２に示すように、第２の吸収工程ＩＩ−２では、第２のスタティックミキサ１３−２等の簡易吸収設備を設置しないで第２の吸収塔１４−２のみを設けるようにしてもよい。又は第２の吸収塔１４−２を設置しないで第２のスタティックミキサ１３−２等の簡易吸収設備のみを設けるようにしてもよい。
【００８２】
また、本実施例では、第２の吸収塔１４−２においてＣＯ2ガス１６Ｂが塔底部３４−２側から塔頂部３１−２側に向かって流れるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の吸収塔１４−２においてＣＯ2ガス１６Ｂを第２の吸収塔１４−２の塔上部側近傍から導入すると共に、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液３５−２を第２の吸収塔１４−２の塔底部３４−２側から抜出すようにしてもよい。
【００８３】
また、本実施例においては、吸収水循環ライン２８−２には、吸収水１２の一部を抜出す第２の吸収水抜出しライン２９−４を設け、第２の放散塔１５−２には、水１２を第２の放散塔１５−２内に送給する吸収水補給ライン４８を設ける。吸収水１２は第２の放散塔１５−２と吸収水循環ライン２８−２とを循環して再利用されるものであるが、ＣＯ2ガス１１Ａ中に、いろいろな微量の不純物が混入していると、装置内への不純物の蓄積防止及び吸収水１２の水質維持のため、吸収水１２を徐々に入替していく必要がある。そのため、第２の吸収水抜出しライン２９−４より吸収水１２の一部を抜出し、上述のように、第１の放散塔１５−１内に送給する。また、新しい新鮮な吸収水１２を補給水４７として吸収水補給ライン４８より第２の放散塔１５−２内に送給し、第２の放散塔１５−２と吸収水循環ライン２８−２とに吸収水１２を循環させる。
【００８４】
すなわち、第２の放散塔１５−２には系外から吸収水１２を補給して、第２の吸収塔１４−２を循環する吸収水１２の一部は第１の放散塔１５−１へ送給し、第１の吸収塔１４−１を循環する吸収水１２の一部を系外へブロー水４６として排出することにより、合理的な吸収水１２の補給及び系外へのブローを行なうことができる。
【００８５】
（試験例）
また、本実施例に係るガス精製装置１０を用いて空気とＣＯ2とを混合して所定の濃度に調製したＣＯ2含有ガスを２段濃縮した試験結果を表２に示す。
第１のＣＯ2吸収工程は、第１のスタティックミキサ及び第１の吸収塔のハイブリッド方式とした。また、第２のＣＯ2吸収工程は、第２の吸収塔のみとした。
【００８６】
【表２】
2010207727.tif 000004
【００８７】
表２に示すように、第１の吸収塔から排出される非吸収ガスの空気濃度は８０ｖｏｌ％程度であり、第１の放散塔から放出され、回収されたＣＯ2ガスのＣＯ2濃度は９８ｖｏｌ％程度であった。また、第２の吸収塔から排出される非吸収ガスの空気濃度は２０ｖｏｌ％程度であり、第２の放散塔から放出され、回収されたＣＯ2ガスのＣＯ2濃度は９９．７ｖｏｌ％程度であった。
【００８８】
よって、本実施例に係るガス精製装置１０を用いれば、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2ガスのＣＯ2濃度が９９．７ｖｏｌ％程度のＣＯ2ガス１６Ｃを第２の放散塔１５−２から回収することができる。
【００８９】
以上述べたように、本実施例に係るガス精製装置１０においては、吸収液として水を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ性吸収液など、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収できるものであれば吸収液として使用することができる。例えば、アミン系溶液をベースとするＣＯ2吸収液を用い、ＣＯ2吸収液とビール発酵ガス１１Ａとを交向流接触させることで、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2は、化学反応（Ｒ−ＮＨ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→Ｒ−ＮＨ3ＨＣＯ3）によりＣＯ2吸収液に吸収させることができる。
【００９０】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、水への溶解度の小さいガス成分として空気の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水への溶解度の小さいガス成分としてＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeを回収する場合についても同様に用いることができる。
【００９１】
また、ガスクーラ２４−１、２４−２、吸収水クーラ２７−１、２７−２でビール発酵ガス１１Ａ及び１６Ａと、吸収水１２を熱交換する低温の媒体として、冷却水を用いているが、冷却水に限定されるものではなく、低温であれば、水道水や工場排水などを用いてもよい。
【００９２】
以上、本実施例に係るガス精製装置１０は、ビール発酵ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を吸収水１２中に溶解させ、ビール発酵ガス１１ＡからＣＯ2を分離する第１のスタティックミキサ１３−１と、ビール発酵ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、空気とＣＯ2とを分離する第１の吸収塔１４−１と、ＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する第１の放散塔１５−１と、第１の放散塔１５−１から放散されたＣＯ2ガス１６Ａを更に吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2を分離する第２のスタティックミキサ１３−２と、ＣＯ2ガス１６Ｂ中に残留するＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、空気とＣＯ2とを分離する第２の吸収塔１４−２と、ＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する第２の放散塔１５−２とを有し、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を２段濃縮するものである。また、本実施例に係るガス精製装置１０は、コンパクトで、ある程度のレベルまでの処理に適した簡易吸収設備である第１のスタティックミキサ１３−１、第２のスタティックミキサ１３−２に、第１の吸収塔１４−１、第２の吸収塔１４−２を各々組み合わせたハイブリッド吸収システムとするものである。
【００９３】
よって、本実施例に係るガス精製装置１０によれば、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１と、第１の放散塔１５−１とにおいて、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２中に吸収し、吸収水１２中に吸収したＣＯ2を放散することで、回収されたＣＯ2ガス１６Ａ中のＣＯ2濃度を高くすることができる。そして、回収されたＣＯ2ガス１６Ａを、第２のスタティックミキサ１３−２及び第２の吸収塔１４−２と、第２の放散塔１５−２とにおいて吸収水１２中にＣＯ2を更に高濃度に濃縮して吸収することができる。この吸収水１２中に吸収されたＣＯ2を再度、放散することで、更に高濃度に濃縮された高純度のＣＯ2ガス１６Ｃを得ることができる。
従って、ビール発酵ガス１１Ａ中のＣＯ2を２段濃縮することにより、第２の放散塔１５−２から回収されるＣＯ2ガス１６Ｃ中のＣＯ2濃度は、第１のスタティックミキサ１３−１及び第１の吸収塔１４−１と、第１の放散塔１５−１とのみで行なう１段濃縮よりも更に高くすることができるため、回収されたＣＯ2は精製・再利用する際の要求純度（例えば、９９．５ｖｏｌ％程度）を満たすことができる。
【００９４】
また、第１の吸収塔１４−１、第２の吸収塔１４−２には予め吸収水１２中に一部のＣＯ2を溶させ、吸収水１２と混合した後のＣＯ2含有ガス１１Ｂを供給することで、第１の吸収塔１４−１、第２の吸収塔１４−２内においてガス中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、第１の吸収塔１４−１、第２の吸収塔１４−２の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００９５】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、第１の濃縮工程Ｉと第２の濃縮工程ＩＩとで構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＯ2ガスの濃縮割合に応じて濃縮工程を設ける数を適宜変更してもよい。また、本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、第１の濃縮装置Ａと第２の濃縮装置Ｂとで構成されているが、第１の濃縮装置Ａと第２の濃縮装置Ｂとの何れか一方のみを設置するようにしてもよい。
【００９６】
本実施例に係るガス精製装置１０においては、ＣＯ2含有ガスとしてビール発酵工程においてバイオ発酵して生成されるビール発酵ガスを用いて説明したが、本発明に係るガス精製装置はこれに限定されるものではなく、メタン発酵工程においてバイオ発酵して生成される消化ガスなどＣＯ2含有ガス中のＣＯ2とＣＨ4など他のガス成分とを分離するのに用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明に係るガス精製装置及びガス精製方法は、バイオ発酵して生成されるビール発酵ガスなどのＣＯ2含有ガスから高濃度のＣＯ2ガスを得ることに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００９８】
１０  ガス精製装置
Ａ  第１の濃縮装置
Ｂ  第２の濃縮装置
１１Ａ、１１Ｂ  ビール発酵ガス
１２  吸収水
１３−１  第１のスタティックミキサ（混合手段）
１３−２  第２のスタティックミキサ（混合手段）
１４−１  第１の吸収塔
１４−２  第２の吸収塔
１５−１  第１の放散塔
１５−２  第２の放散塔
１６Ａ〜１６Ｃ  ＣＯ2ガス
２２  ガスフィルタ（デミスタ組込型）
２３−１、２３−２  ガス圧縮機
２４−１、２４−２  ガスクーラ
２５−１〜２５−４  ガス圧力検出器
２６−１、２６−２  還流通路
２７−１、２７−２  吸収水クーラ
２８−１、２８−２  吸収水循環ライン
２９−１、２９−３  第一の吸収水抜出しライン
２９−２、２９−４  第二の吸収水抜出しライン
３１−１、３１−２、３８−１、３８−２  塔頂部
３２−１、３２−２、３９−１、３９−２  ノズル
３３−１、３３−２  空気（非吸収ガス）
３４−１、３４−２  塔底部
３５−１、３５−２  リッチ溶液
３６−１、３６−２  液位調節計
３７−１、３７−２  リッチ溶液送給ライン
４２−１、４２−２  ガス排出ライン
４３−１、４３−２  液面計測計
４４−１、４４−２  吸収水ポンプ
４６  ブロー水
４７  補給水
４８  吸収水補給ライン
４９  非吸収ガス返送ライン
Ｖ１〜Ｖ５、Ｖ１１〜Ｖ１６  開閉弁
【図１】
2010207727.tif 000005
【図２】
2010207727.tif 000006