(57)【要約】  本発明は、二酸化炭素を精製するための方法および装置を提供する。二酸化炭素ガス流から細菌、農薬および重金属不純物を、吸着、水洗、電気集塵または濾過を用いて除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流から不純物を除去するための方法であって、ガス流を、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理に通すことを含む前記方法。
【請求項２】
ガス流が二酸化炭素ガス流である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記吸着が、ガス流を、活性アルミナおよびゼオライトまたはイオン交換形のゼオライトから選択される吸着剤を使用しているものから選択される吸着床に通すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ゼオライトが４Ａ、５Ａ、１３ＸおよびＮａＹ形からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
水洗が酸化剤による処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
水洗が消毒剤による処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記濾過でマイクロフィルター、ウルトラフィルター、ナノフィルターおよび非多孔質フィルターからなる群より選択されるフィルターを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ガス流がさらに、硫黄化合物を除去するための前処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
さらに、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理の後に圧縮処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
二酸化炭素ガス流から不純物を除去するための方法であって、二酸化炭素ガス流を、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理に通すことを含む前記方法。
【請求項１１】
前記吸着が、二酸化炭素ガス流を、活性アルミナおよびゼオライトまたはイオン交換形のゼオライトから選択される吸着剤を使用しているものから選択される吸着床に通すことを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ゼオライトが４Ａ、５Ａ、１３ＸおよびＮａＹ形からなる群より選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
水洗が酸化剤による処理を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
水洗が消毒剤による処理を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記濾過でマイクロフィルター、ウルトラフィルター、ナノフィルターおよび非多孔質フィルターからなる群より選択されるフィルターを用いる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
ガス流がさらに、硫黄化合物を除去するための前処理を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
さらに、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理の後に圧縮処理を含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明はガスから不純物を除去する方法を提供する。より詳細には、本発明は、二酸化炭素ガスから不純物を除去する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
二酸化炭素は多くの産業上および家庭での用途に用いられており、その多くの用途において二酸化炭素は種々の不純物を含まないことが要求されている。残念ながら、ガス井、化学プロセス、発酵プロセスなどの天然源から入手する二酸化炭素、または産業界で生産される二酸化炭素、とりわけ炭化水素製品の燃焼により生産される二酸化炭素は、硫黄化合物、例えば硫化カルボニル（ＣＯＳ）および硫化水素（Ｈ２Ｓ）、酸素含有化合物、例えばアセトアルデヒドおよびアルコール、ならびにベンゼンのような芳香族化合物に加え、金属、農薬および細菌の不純物を含有する可能性がある。二酸化炭素が、高純度の二酸化炭素が要求される用途、例えば、食料および飲料の炭酸飽和、医療品、および電子デバイスの製造ならびに洗浄に使用するためのものである場合、ガス流中に含有される金属、農薬および他の不純物を使用前に非常に低いレベルまで除去しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
用途（電子機器および食品に必要な金属除去、食品／飲料に必要な農薬除去）に応じて、金属および農薬などの除去が必要となる可能性があり、これらの不純物を除去するための方法が望まれている。
【０００４】
本発明は、これらの目的を達成するための簡単で効率的な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の一態様は、ガス流から不純物を除去するための方法であって、ガス流を、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理に通すことを含む方法に関する。
【０００６】
本発明の他の態様は、二酸化炭素ガス流から不純物を除去するための方法であって、二酸化炭素ガス流を、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理に通すことを含む方法に関する。
【０００７】
一態様において、吸着は、ガス流を、活性アルミナおよびゼオライトまたはイオン交換形のゼオライトから選択される吸着剤を使用しているものから選択される吸着床に通すことを含む。
【０００８】
一態様において、ゼオライトは、４Ａ、５Ａ、１３ＸおよびＮａＹ形ならびにイオン交換形にあるゼオライトからなる群より選択される。水洗は、充填カラム中での酸化剤または消毒剤による処理を含む。
【０００９】
一態様において、濾過では、マイクロフィルター、ウルトラフィルター、ナノフィルターおよび非多孔性フィルターからなる群より選択されるフィルターを用いる。
一態様では、吸着、水洗、電気集塵および濾過からなる群より選択される少なくとも１つの処理の前または後に、圧縮処理を実施する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明の詳細な説明
本明細書の最後に、出願人らが発明とみなす主題を明瞭に示す特許請求の範囲が存在するが、本発明は、添付の図面を考慮すると一層良く理解されるであろう。
【００１１】
典型的には工業プロセスの実施のために生産される二酸化炭素は、その中に多くの不純物が存在している。これら不純物は、しばしば二酸化炭素の多くの用途で問題となるが、炭酸飲料などヒトが摂取することを予定した製品の生産および電子機器製造において、二酸化炭素の純度は最も重要であり、完成品の味、品質および法令適合性に影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
あらゆる利用可能な二酸化炭素源から入手することができる不純な二酸化炭素は、典型的には不純物として、硫黄化合物、例えば、硫化カルボニル、硫化水素、ジメチルスルフィド、二酸化硫黄およびメルカプタン、炭化水素不純物、例えば、アルデヒド、アルコール、芳香族化合物、プロパン、エチレン、ならびに他の不純物、例えば、水、一酸化炭素、金属および農薬を含有する。本発明は、いくつかの不純物、例えば、金属、農薬および細菌を除去するための新規方法を記載するものである。不純物の除去および分析法は、二酸化炭素を生産プラントで精製するか又は使用現場で精製するかに応じて、さまざまな方法で用いることができる。二酸化炭素のさまざまな現場使用の用途としては、飲料充填プラント、食品冷凍プラント、電子機器製造プラントおよび貯蔵容器型の二酸化炭素分配所(fountain type carbon dioxide dispensing location)が挙げられる。
【００１３】
細菌、金属および農薬不純物の除去は、二酸化炭素を生産プラントで精製するか使用現場で精製するかに依存する。生産プラントでは、通常、これらの不純物を圧縮段階の前または圧縮段階の後のいずれかで除去する。これらの不純物を除去するための方法としては、吸着剤材料、水洗カラム、電気集塵器および濾過媒体が挙げられる。吸着剤材料は、活性アルミナまたはゼオライトのような非特異的吸着剤、およびさまざまな金属不純物を除去するための特異的な含浸材料であってよい。電気集塵器は、電界の使用により金属不純物を除去することができる。水洗カラムは、金属および他の不純物、例えば農薬を、それらを水相中に移し、これを廃棄することにより除去する。オゾンを水洗カラムに用いると、細菌および農薬のような不純物を酸化および／または分解し、金属不純物を凝集させた後、これらを水洗カラムからの排出物中に除去することができる。充填床濾過(packed bed filtration)または微孔質フィルターを金属および他の不純物の除去に用いることもできる。この段階での圧力低下を最小限に抑えるために、孔径の非常に小さなフィルターは適切でない。
【００１４】
細菌、金属および他の不純物を使用現場で除去する場合、より大きな圧力低下が許容されるため、より多様な選択肢を利用することができる。吸着剤に基づく方法に加えて、多くのフィルターを用いることができる。これらとしては、マイクロフィルター、ウルトラフィルター、ナノフィルターおよび非多孔質フィルター、例えばガス分離膜が挙げられる。これらのフィルターのいくつかは特定サイズレベルより大きな不純物をすべて除去し、実質的にすべての金属および農薬不純物を除去することができる。
【００１５】
記載した精製技術のさまざまな組合せを用いると、多様なＣＯ２精製のニーズに対応することができる。使用現場での精製、例えば、飲料充填または電子機器製造に先立つ二酸化炭素の精製の場合、不純な二酸化炭素を、顧客の用途に典型的な流量で貯蔵タンクから精製装置に輸送する。これらの流量は、最終用途および生産設備の規模に応じて８０〜１５００ｓｍ３／時間（１時間あたりの標準立方メートル）の範囲であることができる。二酸化炭素は典型的には約１．７〜約２１．５ｂａｒａの範囲の圧力にあり、約１６〜約２０ｂａｒａが典型的である。特定の用途、とりわけ電子機器洗浄用の二酸化炭素に関連する用途では、圧力は６０〜数千ｂａｒａであり得る。
【００１６】
図面を参照すると、図１は、使用現場における二酸化炭素精製プロセスの概略図である。供給物中の不純物によっては、このプロセスの構成要素の一部を排除してよい。不純物を含有する二酸化炭素を、タンク１０からライン１に沿って圧力調整器３およびライン５に通して精製ユニット２０に誘導する。図示していないオプションの流量制御器を用いると、タンク１０からの不純な二酸化炭素の流量を測定し制御することができる。二酸化炭素を第１の精製ユニットからライン７に通して出し、第２の精製ユニット３０に入れる。使用現場での精製では、第１の精製ユニット２０は硫黄除去ユニットであることができ、第２の精製ユニット３０は触媒反応器および／または吸着ユニットであることができる。ガスを第２の精製ユニット３０からライン９に通して出し、金属、農薬および細菌などの不純物を除去するためのユニット４０に入れ、ユニット４０からライン１１に通して出し、二酸化炭素使用プロセス５０に入れる。これらの不純物を除去するための方法としては、吸着剤材料、電気集塵器および濾過媒体が挙げられる。吸着剤材料は、活性アルミナまたはゼオライトのような非特異的吸着剤、およびさまざまな金属不純物を除去するための特異的な含浸材料であることができる。電気集塵器は、電界の使用により金属不純物を除去することができる。充填床濾過または微孔質フィルターを金属および他の不純物の除去に用いることもできる。多くのフィルターを用いることができ、これらとしては、マイクロフィルター、ウルトラフィルター、ナノフィルターおよび非多孔質フィルター、例えばガス分離膜が挙げられる。これらのフィルターのいくつかは特定サイズレベルより大きな不純物をすべて除去し、実質的にすべての金属および農薬不純物を除去することができる。ユニット４０に入る二酸化炭素は１６〜２０ｂａｒａと高圧であり、ユニット５０は典型的には１０ｂａｒａ未満であるため、ユニット４０の全域にわたり高い圧力が許容される可能性があり、このことが、大きな圧力低下を引き起こし得るフィルター、例えばナノフィルターの使用という選択肢を提供する。
【００１７】
本発明のさまざまな態様を利用した二酸化炭素生産プラントにおける二酸化炭素の精製を図２に示す。供給源１００からの二酸化炭素をオプションの金属／農薬／細菌除去ユニット１０５に送る。先に検討したように、このユニットは、吸着、水洗カラム、電気集塵器または濾過ユニットから選択される１以上の精製プロセスからなることができる。これら不純物を除去するための方法としては、吸着剤材料、水洗カラム、電気集塵器および濾過媒体が挙げられる。吸着剤材料は、活性アルミナまたはゼオライトのような非特異的吸着剤、およびさまざまな金属不純物を除去するための特異的な含浸材料であってよい。電気集塵器は、電界の使用により金属不純物を除去することができる。水洗カラムは、金属および他の不純物、例えば農薬を、それらを水相中に移し、これを廃棄することにより除去する。オゾンを水洗カラムに用いると、細菌および農薬のような不純物を酸化および／または分解し、金属不純物を凝集させた後、これらを水洗カラムからの排出物中に除去することができる。充填床濾過または微孔質フィルターを金属および他の不純物の除去に用いることもできる。この段階での圧力低下を最小限に抑えるために、孔径の非常に小さなフィルターは適切でない。ユニット１０５から出てくるガスをユニット１１０で圧縮し、ユニット１１５で冷却し、所望による水洗ユニット１２０に送る。実際は、ユニット１０５の一部としての水洗カラムまたは水洗カラム１２０のいずれかを用いる。水洗カラム１２０では、水流１２５をカラムに入れ、不純物を含有する流れ１３０をカラムから出す。水洗カラムには、典型的にはラシヒリングまたは構造化充填物などの充填材料が入っており、二酸化炭素流の流れは水流の流れに対し向流である。先に記載したように、入ってくる水流１２５は、金属不純物の除去ならびに農薬および細菌不純物の分解を促進するために、オゾンを含有することができる。これらの不純物を除去するために、十分な滞留時間を与える。
【００１８】
水洗カラム１２０から出てくる流れを、硫黄および炭化水素不純物を除去するためのモジュール、液化および蒸留のためのモジュール、ならびに分析手段を収容できる精製ユニット１３５に入れる。精製ユニット１３５から出てくるガスを、二酸化炭素貯蔵タンクまたは二酸化炭素を利用するプロセスであることができるユニット１４０に入れる。
【００１９】
本発明が有用となる産業分野または取引先としては、限定するものではないが、食料の製造および洗浄；電子機器、電子部品および部分組み立て品の製造；医療品の洗浄；清涼飲料、ビールおよび水の炭酸飽和；引火性の液体または粉末が入っている貯蔵タンクおよび容器のガスシール；空気中で分解する材料、例えば、植物油、香辛料および香料のガスシールが挙げられる。
【実施例】
【００２０】
実施例１
試験を、２．５ｃｍの充填物を用いた水洗カラム（直径１０ｃｍ）を用いて実施した。カラムの高さは約１．０メートルであった。２６．６Ｓｍ３／時間の流量および０．５ｂａｒｇの圧力において二酸化炭素を毎分０．４リットルで水流に対し向流で通した。二酸化炭素は、約１４０ｐｐｂの濃度で重金属不純物を含有していた。金属不純物の約８０％が水洗により除去された。
【００２１】
濃度１０ｐｐｍのオゾンを水流に加え、９５％を超える重金属の除去を達成した。この場合、オゾンを使用すると金属不純物の除去が著しく改善される。
本発明をいくつかの態様および実施例に関連して記載してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者が考えつくような多くの変更、追加および省略を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】二酸化炭素精製プロセスの使用現場において二酸化炭素を精製するための全体的プロセスの概略図である。
【図２】二酸化炭素生産プラントにおける二酸化炭素精製の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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