(57)【要約】【課題】  省エネルギー、経済性及び操業安定性に優れ、高濃度の二酸化炭素を効率的に回収可能な二酸化炭素の回収技術を提供する。【解決手段】  二酸化炭素の回収装置は、ガスを乾燥するための吸湿剤を有する乾燥装置DRと、乾燥装置によって乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する分離装置SPと、吸湿剤を再生するための再生ガスを外部から導入する導入部IDと、導入部によって導入される再生ガス、及び、分離装置から排出される残部ガスの一方を乾燥装置に供給可能な再生システムRGと、吸湿剤の再生に応じて、再生ガスと残部ガスとの間で再生システムによる供給を切り替える切り替え機構とを有する。吸湿剤の再生終了時に再生ガスが残部ガスで置換され、分離装置へ供給されるガスにおける二酸化炭素濃度の変動が抑制される。【選択図】    図１
2018115828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを乾燥するための吸湿剤を有する乾燥装置と、
前記乾燥装置によって乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する分離装置と、
前記吸湿剤を再生するための再生ガスを外部から導入する導入部と、
前記導入部によって導入される再生ガス、及び、前記分離装置から排出される残部ガスの一方を前記乾燥装置に供給可能な再生システムと、
前記吸湿剤の再生に応じて、前記再生ガスと前記残部ガスとの間で前記再生システムによる供給を切り替える切り替え機構と
を有する二酸化炭素の回収装置。
【請求項２】
更に、
前記分離装置から排出される前記残部ガスを、前記分離装置へ供給されるガスに供給可能な還流システム
を有し、前記切り替え機構は、前記再生ガスが前記再生システムによって前記乾燥装置に供給される間、前記分離装置へ供給されるガスに前記残部ガスが供給されるように前記還流システムによる供給を切り替える請求項１に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項３】
前記切り替え機構は、
前記吸湿剤の再生開始時に前記再生ガスが前記乾燥装置に供給され、前記吸湿剤の再生終了時に前記残部ガスが前記乾燥装置に供給されて前記再生ガスが前記残部ガスで置換されるように切り替えを制御する制御システム
を有する請求項１又は２に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項４】
前記制御システムは、前記乾燥装置から排出される再生ガスの湿度を検出する湿度計を有し、前記湿度計の検出湿度に基づいて切り替えを制御する請求項３に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項５】
更に、
前記分離装置へ供給されるガスを圧縮して、前記分離装置による二酸化炭素の分離に適した圧力にガスを加圧する圧縮機と、
前記圧縮機による圧縮によって温度が上昇したガスと、前記乾燥装置へ供給される前記再生ガス及び前記残部ガスの一方との熱交換を行う熱交換器と
を有し、前記熱交換器によって前記再生ガス及び前記残部ガスの一方は加熱され、前記ガスは冷却される請求項１〜４の何れか一項に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項６】
前記分離装置は、深冷式液化蒸留装置を有する請求項５に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項７】
更に、
前記熱交換器によって加熱された再生ガスを補足的に加熱する加熱装置と、
前記加熱装置による前記再生ガスの加熱を調節する調節機構と
を有する請求項５又は６に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項８】
前記調節機構は、前記吸湿剤の再生が進行するに従って前記再生ガスの温度が低下するように前記加熱装置による加熱を調節する請求項７に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項９】
前記調節機構は、前記乾燥装置から排出される再生ガスの湿度に基づいて前記加熱装置による加熱を調節する請求項７又は８に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１０】
前記分離装置は、前記残部ガスを排出する排出部を有し、
前記切り替え機構は、前記分離装置の排出部と前記導入部との間で前記乾燥装置への接続を切り替え可能な切替弁を有し、
前記湿度計の検出湿度に応じて前記切替弁を制御する請求項４に記載の二酸化炭素の回収装置。
【請求項１１】
吸湿剤を用いてガスを乾燥する乾燥処理と、
前記乾燥処理によって乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する分離処理と、
外部から導入される再生ガスを前記吸湿剤に供給して前記吸湿剤を再生する再生処理と、
前記吸湿剤の再生の進行に応じて、前記吸湿剤へ供給される前記再生ガスを、前記残部ガスに切り替える切り替え処理と
を有する二酸化炭素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼ガス等の二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を分離・濃縮する二酸化炭素の回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの設備では、石炭、重油、超重質油などの燃料を多量に使用しており、燃料の燃焼によって排出される硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素は、大気汚染防止や地球環境保全の見地から放出に関する量的及び濃度的制限が必要とされている。近年、二酸化炭素は地球温暖化の主原因として問題視され、世界的にも排出を抑制する動きが活発化している。このため、燃焼排ガスやプロセス排ガスの二酸化炭素を大気中に放出せずに回収・貯蔵を可能とするために、様々な研究が精力的に進められ、二酸化炭素の回収方法として、例えば、圧力スウィング吸着法、膜分離濃縮法、塩基性化合物による反応吸収を利用する化学吸収法などが知られている。
【０００３】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法は、特定成分に選択吸着性を有する吸着剤を用いて、ガス中の特定成分を吸着することによってガスから分離する分離方法である。ＰＳＡ法は、複数の成分を含有する混合ガスの分離方法として広く知られており、様々な分野で混合ガスの分離方法として利用することができる。ＰＳＡ法において、吸着された吸着剤上の特定成分は、その後圧力を低下させることによって吸着剤から脱離させて回収し、吸着と脱離とが繰り返し行われる。ＰＳＡ法の分離効率は、特定成分に対する吸着剤の選択性に依存し、吸着剤の選択性及び原料ガスの特定成分濃度等に応じて、特定成分の除去、分離、濃縮又は精製を目的としてＰＳＡ法を利用することができる。下記特許文献１には、ＰＳＡ装置で製造した酸素を酸素燃焼設備へ供給することが記載される。
【０００４】
従来、排ガスから二酸化炭素を回収する方法として、各種不純物（硫黄酸化物、窒素酸化物、塩素、水銀等）を排ガスから除去した後に残留する濃縮二酸化炭素を、深冷分離（液化及び精密蒸留）によって精製する方法が有力であり、実用化に向けて様々に検討されている。
【０００５】
二酸化炭素の分離及び精製における効率は、水分の影響を受け、水分の除去が精製効率の向上において有効である。下記特許文献２には、二酸化炭素を含むガスの精製において、硫黄酸化物や窒素酸化物の存在下で水を吸着除去する際の吸着剤として、シリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラスなどを用いることを記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２１４２９号公報
【特許文献２】特許５３５０３７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
二酸化炭素濃度が比較的高く、各種不純物（硫黄酸化物、窒素酸化物、塩素、水銀等）の含有量が少ない排ガスの場合には、深冷分離（液化及び精密蒸留）による回収方法が効率的である。排ガスに乾燥処理を施した後に深冷分離を行うことによって、好適に二酸化炭素を回収することができる。従って、二酸化炭素を分離した後の残部ガスは実質的に水分を含んでいない。乾燥処理で使用した吸湿剤は、加熱又は乾燥ガスの供給によって再生して繰り返し使用することが可能であるので、二酸化炭素分離後の残部ガスを利用して吸湿剤を再生することができる。
【０００８】
しかし、実際の排ガス処理の状況においては、二酸化炭素分離後の残部ガスの量は変動する。又、二酸化炭素濃度が高い排ガスを処理した場合、吸湿剤を再生する残部ガスの量が不足する。このため、吸湿剤の再生を安定的に行うには、外部から導入される再生ガスを使用すると好適であるが、エネルギー効率の点においては、残部ガスを何等かの方法で再利用することが好ましい。
【０００９】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する際に使用される吸湿剤の再生を安定的に実施すると共に、二酸化炭素を回収した後の残部ガスを有効利用して、安定的且つ経済的に処理を遂行可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明者らは、二酸化炭素の回収処理の状況について鋭意研究を重ねた結果、二酸化炭素を回収した後の残部ガスの圧力及び冷熱を有効利用すると共に、吸湿剤を再生した直後の二酸化炭素回収を好適に行える構成に至り、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収装置は、ガスを乾燥するための吸湿剤を有する乾燥装置と、前記乾燥装置によって乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する分離装置と、前記吸湿剤を再生するための再生ガスを外部から導入する導入部と、前記導入部によって導入される再生ガス、及び、前記分離装置から排出される残部ガスの一方を前記乾燥装置に供給可能な再生システムと、前記吸湿剤の再生に応じて、前記再生ガスと前記残部ガスとの間で前記再生システムによる供給を切り替える切り替え機構とを有することを要旨とする。
【００１２】
前記回収装置は、更に、前記分離装置から排出される前記残部ガスを、前記分離装置へ供給されるガスに供給可能な還流システムを有し、前記切り替え機構は、前記再生ガスが前記再生システムによって前記乾燥装置に供給される間、前記分離装置へ供給されるガスに前記残部ガスが供給されるように前記還流システムによる供給を切り替えるように構成すると良い。
【００１３】
前記切り替え機構は、前記吸湿剤の再生開始時に前記再生ガスが前記乾燥装置に供給され、前記吸湿剤の再生終了時に前記残部ガスが前記乾燥装置に供給されて前記再生ガスが前記残部ガスで置換されるように切り替えを制御する制御システムを有するように構成可能である。又、前記制御システムは、前記乾燥装置から排出される再生ガスの湿度を検出する湿度計を有し、前記湿度計の検出湿度に基づいて切り替えを制御するように構成すると良い。
【００１４】
前記回収装置は、更に、前記分離装置へ供給されるガスを圧縮して、前記分離装置による二酸化炭素の分離に適した圧力にガスを加圧する圧縮機と、前記圧縮機による圧縮によって温度が上昇したガスと、前記乾燥装置へ供給される前記再生ガス及び前記残部ガスの一方との熱交換を行う熱交換器とを有し、前記熱交換器によって前記再生ガス及び前記残部ガスの一方は加熱され、前記ガスは冷却されるように構成することができる。前記分離装置は、深冷式液化蒸留装置を有することにより、有利な回収装置を提供可能である。
【００１５】
前記回収装置は、更に、前記熱交換器によって加熱された再生ガスを補足的に加熱する加熱装置と、前記加熱装置による前記再生ガスの加熱を調節する調節機構とを有するように構成可能である。前記調節機構は、前記吸湿剤の再生が進行するに従って前記再生ガスの温度が低下するように前記加熱装置による加熱を調節してもよい。前記調節機構は、前記乾燥装置から排出される再生ガスの湿度に基づいて前記加熱装置による加熱を調節することができる。
【００１６】
前記分離装置は、前記残部ガスを排出する排出部を有する。前記切り替え機構は、前記分離装置の排出部と前記導入部との間で前記乾燥装置への接続を切り替え可能な切替弁を有し、前記湿度計の検出湿度に応じて前記切替弁を制御するように構成可能である。
【００１７】
又、本発明の一態様によれば、二酸化炭素の回収方法は、吸湿剤を用いてガスを乾燥する乾燥処理と、前記乾燥処理によって乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する分離処理と、外部から導入される再生ガスを前記吸湿剤に供給して前記吸湿剤を再生する再生処理と、前記吸湿剤の再生の進行に応じて、前記吸湿剤へ供給される前記再生ガスを、前記残部ガスに切り替える切り替え処理とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する際に使用する吸湿剤の再生を安定的に行いつつ、二酸化炭素回収後の残部ガスを有効に利用して、安定的且つ経済的に回収処理を遂行可能な二酸化炭素の回収方法及び回収装置が提供されるので、二酸化炭素の回収における経済性及び汎用性が高くなり、利用分野の拡大に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る二酸化炭素の回収装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
深冷分離法は、液化及び精密蒸留によってガス中に含まれる二酸化炭素を分離精製する方法である。二酸化炭素濃度が比較的高く、各種不純物（硫黄酸化物、窒素酸化物、塩素、水銀等）の含有量が少ない排ガスの場合には、特に、深冷分離法によって効率的に排ガスから二酸化炭素を回収することができる。排ガスから、濃縮（又は精製）二酸化炭素と残部ガス（二酸化炭素濃度が低下したガス）とが得られる。
【００２１】
二酸化炭素の分離回収が阻害されないように、乾燥処理を施した排ガスが分離装置に供給される。乾燥処理において吸湿剤が使用され、使用後の吸湿剤は、加熱又は乾燥ガスの供給によって再生して繰り返し使用することが可能である。分離装置において二酸化炭素を分離した後の残部ガスは実質的に水分を含んでいないので、この残部ガスを利用して吸湿剤を再生することができる。しかし、二酸化炭素分離後の残部ガスの量は、排ガスに含まれる二酸化炭素量に依存し、排ガスの二酸化炭素含有量の増減によって、残部ガス量が変動する。
【００２２】
このため、本発明では、吸湿剤の繰り返し再生を安定的に行うために、外部から必要量の再生用ガスを吸湿剤に供給可能なように回収装置を構成する。更に、残部ガスを有効利用するための新たな手法として、吸湿剤の再生終了時に吸湿剤に接触する再生ガスを残部ガスで置換して、再生から乾燥に切り替わった当初のガスにおける二酸化炭素濃度の低下を防止する。つまり、再生／乾燥の切り換え時に分離装置に供給されるガスからの二酸化炭素回収量の減少を抑制する。それ以外の時期においては、残部ガスは、分離装置へ供給されるガスに添加される。深冷分離による分離装置へ供給されるガスは、液化に適した圧力に加圧され、分離装置から排出される残部ガスは、加圧状態であるので、残部ガスの加圧圧力を維持したままガスに添加することで、ガス圧の増加が可能である。つまり、分離装置へ供給されるガスを加圧するエネルギーを削減することができる。以下に、本発明に係る二酸化炭素の回収方法及びそれを実施する回収装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の二酸化炭素の回収装置の一実施形態を示す概略構成図である。二酸化炭素の回収装置１は、ガスＧを乾燥するための吸湿剤Ｈを有する乾燥装置ＤＲと、前記乾燥装置ＤＲによって乾燥されたガスＧから二酸化炭素Ｃを分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスＧ’を排出する分離装置ＳＰと、前記吸湿剤Ｈを再生するための再生ガスＮを外部から導入する導入部ＩＤと、再生ガス又は残部ガスＧ’を乾燥装置ＤＲに供給可能な再生システムＲＧと、再生システムＲＧによる供給を切り換える切り替え機構とを有する。再生システムＲＧは、前記導入部ＩＤによって導入される再生ガスＮ、及び、前記分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’の一方を前記乾燥装置ＤＲに供給可能であり、前記再生システムＲＧによる供給は、前記吸湿剤Ｈの再生の進行に応じて、前記再生ガスＮと前記残部ガスＧ’との間で切り替えられる。
【００２４】
分離装置ＳＰは、深冷分離によってガスＧから二酸化炭素を分離精製する深冷式液化蒸留装置を有し、これにより液化及び精密蒸留が実施される。ガスＧは、二酸化炭素の液化に適した圧力に加圧されて分離装置ＳＰへ供給される。このために、二酸化炭素が液化可能な圧力をガスＧに付与するための加圧装置としての圧縮機３，５が設けられる。深冷分離による分離は、二酸化炭素濃度が８０〜９０％程度の高い二酸化炭素濃度のガスの処理に好適であり、高純度に精製された二酸化炭素Ｃを回収できる。分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’は、供給されるガスＧより二酸化炭素濃度が低いが、概して３０％程度の二酸化炭素を含む。分離装置ＳＰは、供給されるガスＧと残部ガスＧ’とを熱交換する熱交換器を内部に備えることによって、残部ガスＧ’は、供給されるガスＧの温度に近い温度で排出され、内部における冷熱の利用効率の低下が抑制される。
【００２５】
乾燥装置ＤＲは、分離装置ＳＰへ供給されるガスＧを乾燥するための吸湿剤Ｈを有し、吸湿剤Ｈは、少なくとも１対のカラムＣ１，Ｃ２に収容される。圧縮機３，５によって加圧されたガスＧは、乾燥装置ＤＲの吸湿剤Ｈによって除湿された後に分離装置ＳＰへ供給される。湿分を吸収した吸湿剤Ｈは、加熱又は乾燥ガスを供給することによって再生することができる。
【００２６】
分離装置ＳＰに供給されるガスＧは乾燥しているので、分離装置ＳＰにおいて二酸化炭素が除去された後の残部ガスＧ’は、実質的に水分を含まない。従って、残部ガスＧ’は、乾燥装置ＤＲの吸湿剤Ｈを再生する再生ガスとしても使用可能である。しかし、本発明においては、再生システムＲＧは、乾燥装置ＤＲの吸湿剤Ｈを再生するために、主として、外部から導入される再生ガスＮを使用する。このため、常時所定量で再生ガスＮを供給可能な導入部ＩＤが設けられる。外部から供給する再生ガスＮは、水分含有量が吸湿剤Ｈの再生に利用可能な程度であるガスであり、吸湿剤の性能に実質的な影響を与えないものが使用される。従って、窒素等の不活性な成分で構成されるガスは、再生ガスＮとして好適に使用される。再生ガスＮは、吸湿剤Ｈの再生に利用可能な状態であれば、単一成分のガスである必要はなく、複数成分の混合組成でも良よい。例えば、酸素製造装置（ＡＳＵ）から廃棄される窒素ガスは、水分量が１〜２ppm程度であるのでそのまま使用でき、再生ガスＮとして有用である。又、空気調整を施した施設等から排出される空気等も、乾燥した状態で再生ガスＮとして利用可能である。導入部ＩＤによって外部から乾燥装置ＤＲへ供給される再生ガスＮの流量は一定量に維持され、乾燥装置ＤＲにおける再生が常時安定的に実施され、吸湿剤Ｈの再生不良による分離装置ＳＰへの影響が回避される。又、再生効率を高めるために、再生ガスＮを加熱する手段が設けられ、熱効率を高めるような構成に工夫されている。
【００２７】
外部から導入される再生ガスＮは、二酸化炭素の含有量が低いか、又は、実質的に含まないので、乾燥装置ＤＲにおいて吸湿剤Ｈの再生完了が近づいた段階で、吸湿剤Ｈへの供給は、再生ガスＮから残部ガスＧ’へ切り換えられる。これによって、カラム中の吸湿剤Ｈに接する再生ガスＮは残部ガスＧ’に置換され、ガスの二酸化炭素濃度が上昇する。従って、この状態で再生／乾燥を切り換えた時に、乾燥装置ＤＲから分離装置ＳＰへ供給されるガスＧの二酸化炭素が一時的に減少するのを抑制することができる。従って、分離装置ＳＰにおける二酸化炭素回収量の減少が抑制される。残部ガスＧ’は再生ガスとして利用可能な乾燥状態であるので、再生ガスＮ／残部ガスＧ’の供給切換は、吸湿剤Ｈの再生完了時でも、再生終了より前であっても良い。吸湿剤Ｈの再生完了は、再生中のカラムから排出される再生ガスＮの湿度を測定して、その測定値に基づいて判断することができる。ガスＧの二酸化炭素含有量が高い場合、残部ガスＧ’の流量減少が著しくなるので、残部ガスＧ’で好適に置換された段階で乾燥処理へ切り換えるとよい。
【００２８】
図１の回収装置１の具体的な構成について、以下に説明する。尚、図中の破線は、電気的接続を示す。回収装置１は、冷却器１１を有し、二酸化炭素を含むガスＧは、先ず、冷却器１１に供給される。冷却器１１は、燃焼施設等から高温で排出されるガスＧを、後続の設備での処理に適した温度になるように冷却する設備であり、ガスＧが５０℃程度以下、好ましくは４０℃程度以下の出口温度に冷却されるように構成される。燃焼排ガスは、概して１００〜２００℃程度の入口温度であり、冷却することによってガスの容積が減少するので、後続の設備における処理量を大きくすることができる。冷媒は、水、空気、冷凍サイクルの冷媒等のような一般的に用いられる冷媒の何れでも良い。冷媒との接触についても、噴霧、充填材を用いた気液接触等の直接接触方式、或いは、凝縮器や熱交換器等を用いた間接接触方式による冷却の何れでも良い。この実施形態では、ガスＧに冷却水を直接接触させて冷却するスクラバを冷却器１１として備える。冷却水を用いた直接接触方式は、経済性及び冷却効率が良く、更に、粉塵等の微小固形物や、塩化物、硫黄酸化物等の酸性物質をガスＧから除去する洗浄手段としての機能もある。
【００２９】
冷却器１１は、流路Ｌ１，Ｌ２によって圧縮機３，５と直列に接続され、冷却器１１によって適温に調整されたガスＧは、圧縮機３，５に供給されて圧縮されることにより圧力が上昇する。圧縮機３，５は、例えばモーター等の動力源（図示略）によって作動し、後続の分離装置ＳＰにおいて二酸化炭素の液化に要する圧力をガスＧに付与する。具体的には、二酸化炭素は、三重点〜臨界点の温度範囲において沸騰線以上の圧力で圧縮すると液化できるので、分離装置ＳＰへ供給されるガスＧが、三重点以上の圧力、好ましくは２．０〜４．０ＭＰａ程度となるように圧縮機３，５によって圧縮される。この実施形態においては、２段の圧縮機によって加圧しているが、１段のみ、又は、３段以上に構成した複数の圧縮機を設けてもよい。又、圧縮機３，５は、加圧ポンプ、ブロワー等のような他の加圧手段に変えても良く、ガスＧを加圧可能な流動圧を発生し得る圧力付与手段であれば使用可能である。圧縮機３，５によってガスＧに付与される圧力は、分離装置ＳＰ内、又は、分離装置ＳＰより下流側に圧力制御弁を設けることによって、分離装置ＳＰ内で維持することができ、圧力制御弁の制御によってガスＧの圧力を調節することができる。この実施形態では、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’が流通する流路Ｌ８に付設される圧力制御弁Ｖ１０によって圧力が維持されるが、これに限定されない。圧縮機３，５での加圧によって、ガスＧの温度は上昇する。例えば、温度が５０℃、二酸化炭素濃度が８０％（容積率）のガスＧを２．５ＭＰａ程度に加圧すると、ガスＧの温度は２５０℃程度となる。このように、圧縮機３，５によるガスＧの圧縮率を適宜調整すると、圧力増加後のガスＧの温度は概して１８０〜２５０℃程度に上昇する。
【００３０】
圧縮機５は、流路Ｌ３を通じて熱交換器１３と接続される。加圧されたガスＧは、熱交換器１３において、導入部ＩＤから供給される再生ガスＮ、又は、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’によって冷却される。これにより、再生ガスＮ及び残部ガスＧ’は加熱され、吸湿剤Ｈの再生処理に適した温度になる（詳細は後述する）。
【００３１】
ガスＧに窒素酸化物が含まれる場合、分離装置ＳＰの分離効率に与える影響を考慮すると、可能な範囲で窒素酸化物を除去することが好ましい。このような場合は、脱硝装置を流路Ｌ３に設けるとよい。脱硝装置は、固形の吸収剤、吸着剤又は触媒を用いる乾式脱硝や、塩基性物質を含む水性液を用いる湿式脱硝などの、一般的に排ガスの脱硝に用いられる脱硝方式から適宜選択して利用することができる。例えば、窒素酸化物をアンモニアと作用させて窒素に分解する触媒が好適に使用される。又、窒素酸化物に含まれる一酸化窒素は、水溶性が極めて低いので、水単独での溶解除去は困難であるが、図１の実施形態においては、圧縮機３，５によってガスＧが加圧されているので、加圧による反応進行を利用して水による溶解除去が実施可能である。つまり、加圧状態のガスＧ中で一酸化窒素の酸化が進行して、水溶性が高い二酸化窒素に変換されると共に、加圧によってガスＧ中の水蒸気が凝縮するので、ガスＧに含まれる窒素酸化物は、二酸化窒素として凝縮水に溶解する。従って、気液分離器等を用いて、加圧されたガスＧから凝縮水を分離除去することによって、ガスＧの脱硝処理が可能である。この処理方式では、塩基性物質が不要であり、ガスＧの含水量が低下するので、後段の乾燥装置ＤＲの負担が軽減される。尚、熱交換器１３が耐食性を有する場合、又は、ガスＧに含まれる窒素酸化物が比較的少ない場合には、前述の脱硝装置を熱交換器１３の後段に配置することができ、その場合、加圧されたガスＧの冷却によって分離除去される凝縮水の量は増加するので、ガスＧの含水量が減少し、乾燥装置ＤＲにおける乾燥処理の負担が軽減される。
【００３２】
熱交換器１３は、流路Ｌ４を通じて乾燥装置ＤＲと接続され、流路Ｌ４上に水冷式の冷却器１４が付設される。従って、ガスＧは、更に冷却器１４によって冷却され、乾燥装置ＤＲにおける乾燥処理に適した温度に低下する。冷却器１４の冷却程度は、冷却器１４に供給される冷却水の流量を調整する流量調整弁Ｖ８によって調整される。流路Ｌ４上には温度計１６が付設され、流量調整弁Ｖ８は、温度計１６の検出温度に基づいて制御される。冷却されたガスＧは、乾燥装置ＤＲによる乾燥処理を施される。乾燥装置ＤＲは、分離装置ＳＰにおける分離効率の低下を防止するためにガスＧから湿分を除去する設備であり、前段の冷却器１１が湿式装置を用いて構成される場合には特に重要である。乾燥装置ＤＲは、内部に吸湿剤Ｈが収容されたカラムＣ１，Ｃ２を有し、ガスＧと吸湿剤Ｈとを接触させることによってガスＧが除湿され、低湿度のガスＧが流路Ｌ５を通じて分離装置ＳＰへ供給される。吸湿剤Ｈは、シリカゲル、アルミナゲル、モレキュラーシーブ、ゼオライト，活性炭等の一般的に使用される吸湿剤から適宜選択して使用すれば良い。経済的には、シリカゲル等の加熱によって容易に再生できる吸湿剤が有利であり、温度スイング吸湿塔を構成できる。吸湿剤Ｈを装填した１対又はそれ以上の吸湿カラムを用いて乾燥装置ＤＲを構成することによって、ガスＧと高温の再生ガスとを交互に吸湿カラムへ供給してガスＧの吸湿と吸湿剤Ｈの再生とを交互に行うことができる。つまり、ガスＧの処理を中止せずに連続して乾燥処理と吸湿剤Ｈの再生とを繰り返し実施できる。これは、切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の切り換え制御によって実施され、流路Ｌ４及び流路Ｌ５がカラムＣ１，Ｃ２の一方に連通するように切替弁Ｖ１，Ｖ２を制御することによって、流路Ｌ４から供給されるガスＧは、カラムＣ１，Ｃ２の一方において除湿され、流路Ｌ５から分離装置ＳＰへ供給される。この際、乾燥装置ＤＲに供給される再生ガスＮが他方のカラムを流通して流路Ｌ６から排出されるように切替弁Ｖ３，Ｖ４の接続が制御される。切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の接続を逆転させることによって、カラムＣ１，Ｃ２における吸湿と再生とが切り換えられる。切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、流路Ｌ５から排出されるガスＧの水分濃度に応じて自動的に切り替わるように構成しても良い。例えば、流路Ｌ５に濃度センサーを設けて切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４と電気的に接続させ、濃度センサーで検出される水分濃度の上昇に基づいて切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が各々切り換わって、流路Ｌ４及び流路Ｌ５と連通するカラムが変わるように構成できる。
【００３３】
分離装置ＳＰの主要部は、低温蒸留塔と、冷却用熱交換器とによって構成される。ガスＧの供給によって、ガスＧは沸騰線温度以下、好ましくは−２０〜−５０℃程度に冷却され、ガスＧ中の二酸化炭素が液化する。液化された二酸化炭素は、好ましくは超臨界状態に調製し、低温蒸留塔において−２０〜−５０℃程度の温度で蒸留され、酸素、窒素、アルゴン等の不純物が液化二酸化炭素から除去される。これらの不純物の割合が増加した二酸化炭素ガスは、残部ガスＧ’として低温蒸留塔から放出される。つまり、流路Ｌ５を通じて乾燥装置ＤＲから分離装置ＳＰへ供給されるガスＧは、濃縮又は精製された二酸化炭素Ｃと、二酸化炭素が減少した残部ガスＧ’とに分離される。濃縮又は精製された二酸化炭素Ｃが分離装置ＳＰから回収され、概して９５〜９９％程度の純度に液化精製された二酸化炭素Ｃを得ることができる。残部ガスＧ’は、分離装置ＳＰの排出部から排出される前に、供給されるガスＧと熱交換してガスＧを冷却することによって冷熱の利用効率を改善できる。
【００３４】
分離装置ＳＰの排出部は、流路Ｌ７を通じて切替弁Ｖ５に接続される。切替弁Ｖ５は、一方において、流路Ｌ８及び切替弁Ｖ６を通じて再生システムＲＧ及び乾燥装置ＤＲに接続され、他方において、流路Ｌ９を通じて流路Ｌ２に接続される。従って、切替弁Ｖ５の切換によって、残部ガスＧ’は流路Ｌ８又は流路Ｌ９の何れか一方を流通する。切替弁Ｖ５が流路Ｌ７と流路Ｌ９とを接続すると、分離装置ＳＰから放出される残部ガスＧ’は、流路Ｌ９を通じて流路Ｌ２のガスＧに合流して圧縮機５へ供給される。つまり、流路Ｌ９は、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’を、分離装置ＳＰへ供給されるガスＧに供給可能な還流システムとして機能する。残部ガスＧ’は加圧状態であるので、これを圧縮機３と圧縮機５との間の流路Ｌ２に導入することによって、圧縮機３から圧縮機５へ供給されるガスＧの圧力が増加するので、圧縮機５における圧縮率の設定を低下させることが可能である。ガスＧの圧力は、圧縮機の段数に従って増加するので、圧縮機を３段以上に構成する場合、残部ガスＧ’の還流位置は、圧縮機の効率が良好になるように設定される。残部ガスＧ’は、二酸化炭素濃度がガスＧより低く、不純物を含むので、分離装置ＳＰにおける回収率をあまり低下させない範囲で残部ガスＧ’をガスＧへ加えるように配慮するとよい。
【００３５】
再生ガスＮを導入する導入部ＩＤは、流路Ｌ１０及び流量調整弁Ｖ７を有し、流路Ｌ１０から供給される再生ガスＮの流量を流量調整弁Ｖ７によって調整することができる。流路Ｌ１０は、外部の再生ガスＮを回収装置１に導入して乾燥装置ＤＲへ供給するためのラインであり、再生ガスＮとして、吸湿剤Ｈの再生に利用可能な程度の水分含有量、好ましくは水分量が１ppm程度以下であるものが使用される。再生ガスＮとして、例えば、酸素製造装置（ＡＳＵ）から排出される窒素ガスなどが好適に使用され、室温程度以下の温度で導入される。流路Ｌ１０は、切替弁Ｖ６を介して再生システムＲＧの流路Ｌ１１に接続される。従って、切替弁Ｖ６は、乾燥装置ＤＲへの接続を、分離装置ＳＰの排出部と導入部ＩＤとの間で切り替え可能であり、切替弁Ｖ６の接続切換によって、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’及び再生ガスＮのうちの一方が、流路Ｌ１１を通じて乾燥装置ＤＲへ供給される。流量調整弁Ｖ７として、電磁弁等の電気的に作動制御が可能なものが使用される。流量調整弁Ｖ７は、流量計１９（後述する）と電気的に接続され、流量計１９によって検出される再生ガスの流量が所定流量に維持されるように調整される。尚、図１の実施形態では、ガスＧの加圧圧力は、切替弁Ｖ５の下流側（流路Ｌ８上）に設置される圧力制御弁Ｖ１０によって調整され、乾燥装置ＤＲへ供給される再生ガスＮ及び残部ガスＧ’の圧力は、使用済みの再生ガスＮを乾燥装置ＤＲから放出する流路Ｌ６上の圧力制御弁Ｖ９によって任意に調製することができる。吸湿剤Ｈの再生処理は低圧の方が進行し易いので、常圧、又は、ガスＧの加圧圧力より低い加圧状態の再生ガスＮを導入すると好適である。概して０．１〜０．４ＭＰａ程度の圧力で酸素製造装置から提供される窒素ガスを、そのままの状態で再生ガスとして導入することができる。この場合、再生ガスＮ及び残部ガスＧ’を同等の圧力で導入するとよい。但し、これに限定されず、例えば、流路Ｌ８上の圧力制御弁Ｖ１０を省略して、乾燥装置ＤＲから再生ガスを排出する流路Ｌ６上の圧力制御弁Ｖ９によって、ガスＧ及び残部ガスＧ’の加圧圧力を維持及び調整するような構成も使用可能である。この場合、再生ガスＮは、残部ガスＧ’と同程度の圧力に調整して導入するとよい。
【００３６】
再生ガスＮを使用して乾燥装置ＤＲの吸湿剤Ｈを再生する再生システムＲＧは、流路Ｌ１１〜Ｌ１３と、再生ガスＮを高温に加熱する加熱手段とを有する。具体的には、前述の熱交換器１３に流路Ｌ１１が接続され、熱交換器１３が流路Ｌ３のガスＧと流路Ｌ１１の再生ガスＮとの間で熱交換するように配置される。圧縮機３，５における圧力付与によってガスＧの温度は上昇するので、流路Ｌ１１の再生ガスＮ（又は残部ガスＧ’）は、熱交換器１３における高温のガスＧとの間接接触による熱交換によって加熱される。つまり、熱交換器１３は、流路Ｌ３の圧縮されたガスＧを冷却すると共に、ガスＧの熱を回収利用して流路Ｌ１１の再生ガスＮを加熱する。再生ガスＮは、加圧されたガスＧの熱エネルギーを乾燥装置ＤＲへ運ぶ熱媒体として作用する。高温のガスＧは、熱交換器１３において５０〜７０℃程度に冷却されて、乾燥装置ＤＲ及び分離装置ＳＰへ圧送される。ガスＧの冷却温度は、熱交換器１３の熱交換率によって３０〜４０℃程度又はそれ以下に下げることも可能である。２０〜４０℃程度の再生ガスＮ及び分離装置ＳＰから還流される残部ガスＧ’は、１５０〜２００℃程度に加熱される。熱交換器１３は、公知の気−気熱交換器を用いて構成すればよい。向流型、並流型、直交流式等の何れの形式でも良く、例えば、静止型熱交換器、回転再生式熱交換器、周期流蓄熱式熱交換器等から適宜選択することが可能である。加熱された再生ガスＮをカラムＣ１，Ｃ２に供給することによって、使用後の吸湿剤Ｈから湿分が放出される。
【００３７】
再生システムＲＧは、更に、必要に応じて再生ガスＮを補足的に加熱する加熱装置と、加熱装置による再生ガスの加熱を調節する調節機構とを有する。具体的には、熱交換器１３の下流側に設置されるヒーター１５と、ヒーター１５の下流側の設置される検出器１７とを有し、検出器１７は、ヒーター１５と電気的に接続される。流路Ｌ１２によって熱交換器１３の下流側に接続されるヒーター１５は、乾燥装置ＤＲの切替弁Ｖ３に流路Ｌ１３を通じて接続される。従って、熱交換器１３による加熱、及び、ヒーター１５による補足的加熱を経た再生ガスＮが、乾燥装置ＤＲのカラムに供給される。検出器１７は、流路Ｌ１３を通じて乾燥装置ＤＲに供給される再生ガスＮの温度を検出し、ヒーター１５は、検出器１７の検出温度に基づいて制御される。この制御によって、熱交換後の再生ガスＮの温度が吸湿剤Ｈの再生適温に至っていない場合に、再生ガスＮがヒーター１５によって加熱される。乾燥装置ＤＲに供給される再生ガスは、温度が１５０〜２００℃程度で、水分を殆ど含まない露点−９０〜−６０℃程度の高温乾燥ガスとなる。流路Ｌ１３には流量計１９が設置され、導入部ＩＤの流量調整弁Ｖ７と電気的に接続される。流量計１９は、流路Ｌ１３を通じて乾燥装置ＤＲへ供給される再生ガスの流量を検出し、流量計１９によって検出されるガス流量に基づいて、再生ガスの流量が所定流量に維持されるように流量調整弁Ｖ７が制御される。従って、乾燥装置ＤＲに供給される再生ガスＮの流量は、所定流量に調整される。これにより、再生ガスＮが乾燥装置ＤＲに安定的に供給され、乾燥処理の効率低下や吸湿剤Ｈの再生不良による分離装置ＳＰへの影響が回避される。乾燥装置ＤＲにおける吸湿剤Ｈの再生によって湿分を含んだ再生ガスＮ（又は残部ガスＧ’）は、切替弁Ｖ４、圧力制御弁Ｖ９及びサイレンサＸを介して流路Ｌ６から外部へ排出され、再生ガスＮ（又は残部ガスＧ’）の圧力は解放されて大気圧になる。この実施形態においては、圧縮機３，５によって付与される圧力は、乾燥装置ＤＲ及び分離装置ＳＰを通じて流路Ｌ８の圧力制御弁Ｖ１０まで維持され、乾燥装置ＤＲの再生側については、圧力制御弁Ｖ９によって再生ガスＮ及び残部ガスＧ’の圧力が調整される。再生ガスＮ（及び残部ガスＧ’）を大気圧で再生に利用する場合は、流路Ｌ６の圧力制御弁Ｖ９は省略可能である。
【００３８】
上述の構成において、再生システムＲＧから乾燥装置ＤＲへ供給されるガスは、切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続切り替えによって、外部から導入される再生ガスＮと、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’との間で代えることができる。乾燥装置ＤＲから使用済みの再生ガスを排出する流路Ｌ６には湿度計２１が付設され、切替弁Ｖ５，Ｖ６は、湿度計２１と電気的に接続される。乾燥装置ＤＲの何れか一方のカラムの吸湿剤Ｈを再生処理する間、切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続は、再生ガスＮが乾燥装置ＤＲへ供給されるように設定され、再生処理が進行して再生が完了すると、流路Ｌ６を流れる使用済みの再生ガスＮの湿度低下が湿度計２１によって検出される。これに応じて切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続が切り替えられ、再生ガスＮに代わって残部ガスＧ’が再生システムＲＧから乾燥装置ＤＲへ供給される。つまり、切替弁Ｖ５，Ｖ６及び湿度計２１は、吸湿剤Ｈの再生に応じて、再生ガスＮと残部ガスＧ’との間で再生システムＲＧによる供給を切り替える切り替え機構として作用する。切り替え機構において、湿度計２１と切替弁Ｖ５，Ｖ６との電気接続によって制御システムが構成される。制御システムは、湿度計２１の検出湿度に基づいて切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続切り替えを制御し、この切り替え制御によって、吸湿剤Ｈの再生開始時に再生ガスＮが乾燥装置ＤＲに供給され、吸湿剤Ｈの再生終了時に残部ガスＧ’が乾燥装置ＤＲに供給されて再生ガスＮが残部ガスＧ’で置換される。切り替え機構は、又、還流システム（流路Ｌ９）による残部ガスＧ’の供給先も切り替える。つまり、再生ガスＮが再生システムＲＧによって乾燥装置ＤＲに供給される間、残部ガスＧ’は、分離装置ＳＰへ供給されるガスＧに供給される。
【００３９】
再生ガスＮの流量は好適に維持されるので、吸湿剤の再生に要する時間は安定し、吸湿剤Ｈの吸湿容量を十分に活用することができる。但し、再生ガスＮは、二酸化炭素の含有量が低い、或いは、実質的に含まないので、吸湿剤Ｈの再生処理によってカラム中のガスの二酸化炭素濃度は激減する。この状態で再生を完了したカラムで乾燥処理を開始すると、二酸化炭素濃度が非常に低いガスが分離装置ＳＰへ供給されて、二酸化炭素の回収量や純度に影響を及ぼし易いが、上述のように吸湿剤Ｈの再生終了時に残部ガスＧ’で置換することによって、二酸化炭素の良好な回収が継続される。
【００４０】
湿度計２１の検出湿度に基づく切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続切り替えに関して、吸湿剤Ｈの再生完了を判断するための基準値とする使用済み再生ガスＮの湿度値が、実験データやシミュレーション等を利用して予め設定される。使用済みの再生ガスＮの水分量は、概して、１０〜１００ｐｐｍ程度であり、このようなデータに基づいて基準値が設定される。そして、基準値と湿度計２１の検出湿度とが比較され、これらが合致した時に再生完了と判断されて、切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続が切り替えられる。つまり、切り替え時期は、基準値の設定によって変更及び調整が可能であり、基準値を高くすると、実際の再生完了より早い時期で接続が切り替えられる。残部ガスＧ’は、再生ガスとして使用可能であるので、切り替え時期は、実際の再生完了より早くても良く、この場合、再生ガスＮを残部ガスＧ’で置換する間に、吸湿剤Ｈの再生を完了することができる。但し、残部ガスＧ’での置換に要する時間は短く、又、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’の流量は、ガスＧの二酸化炭素含有量によって変動し得るため、再生ガスとしては供給量が不足する可能性がある。このような点から、切り替え時期と実際の再生完了との時間差がさほど大きくないような湿度設定値及び切り替え時期の設定が好ましい。
【００４１】
乾燥装置ＤＲにおいて、ガスＧの乾燥処理を連続して効率的に行うには、吸湿剤Ｈの再生処理に要する時間が、乾燥処理において吸湿剤Ｈが吸湿容量に達する時間（乾燥処理が継続可能な時間）以下であることが重要である。再生処理に要する時間は、再生ガスＮの供給流量によって変化するので、流量調整弁Ｖ７の設定を調整することによって、乾燥処理が継続可能な時間以内に再生処理が完了するような再生ガスＮの供給流量を維持することができる。尚、吸湿剤Ｈの再生完了に要する時間を乾燥処理が継続可能な時間以下に短縮できない状況においては、例えば、乾燥処理が継続可能な時間で進行可能な再生度の状態を再生完了と見なして、再生を終了する時間を設定することができる。
【００４２】
又、再生ガスＮ及び残部ガスＧ’の利用効率等の観点から、乾燥処理が継続可能な時間と残部ガスＧ’による置換に要する時間との合計は、再生処理に要する時間との差が少なくなるように設定すると好適であり、再生処理に要する時間と残部ガスＧ’による置換に要する時間との合計が、乾燥処理が継続可能な時間に等しいと最適である。このような設定においては、上述の切替弁Ｖ５，Ｖ６の切り替え時期（再生ガスＮと残部ガスＧ’との供給切り替え時期）と、切替弁Ｖ１〜Ｖ４の切り替え時期（乾燥処理／再生処理の切り替え時期）との時間差が、残部ガスＧ’による置換に要する時間になる。
【００４３】
残部ガスＧ’によるカラム内のガスの置換には、加熱は不要であり、乾燥処理への切替を考慮すると、乾燥装置ＤＲに供給される残部ガスＧ’の温度は低いことが好ましい。従って、吸湿剤Ｈの再生完了時に、切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続切替と共にヒーター１５の加熱を停止するように制御システムを変更するとよい。この変更は、湿度計２１の検出値を利用した使用済みの再生ガスＮの湿度に基づいて行うことができるが、ヒーター１５の加熱時間を所定時間に制限するように予め設定しても可能である。更に、吸湿剤Ｈの再生が進行するに従ってヒーター１５による加熱熱量を減少させて再生ガスＮの温度が低下するように加熱を調節する変更を調節機構に施しても良い。このような変更は、湿度計２１の検出値を利用して、使用済みの再生ガスＮの湿度に基づいて行うことができる。
【００４４】
上記回収装置１に供給されるガスＧが、他の施設において既に水洗処理又は冷却処理が施され、不要物の除去や冷却を必要としない場合には、冷却器１１を省略しても良い。乾燥装置ＤＲや分離装置ＳＰにおける至適温度の観点から、ガスＧの冷却を強化する必要がある場合には、流路Ｌ４における熱交換器１３の下流側や流路Ｌ５上など、適正な位置に冷却器を追加するとよく、５〜２５℃程度の冷却水を冷媒とする水冷式冷却器によって、２０〜３０℃程度、或いはこれ以下の温度に冷却可能である。
【００４５】
又、乾燥装置ＤＲにおいて吸湿剤Ｈが収容されるカラムの数は、使用される吸湿剤Ｈの吸湿速度、吸湿容量、再生速度等に応じて、好適な乾燥処理が行えるように適宜変更してもよい。カラムの数を増加することによって、吸収容量が少なめの吸湿剤の使用が可能である。又、吸湿剤Ｈを収容したカラムを流路Ｌ５上に追加付設すると、制御不全等による一時的な乾燥不良が生じた場合に対応が可能である。
【００４６】
上述の構成において、ＣＰＵ等の演算処理装置を利用して、流量計や湿度計等の検出情報を演算処理装置において管理しながら、検出情報に基づく切替弁や流量調整弁等の自動制御を行うように構成しても良い。これにより、検出情報の補正による作動修正や異常時の対応等の複雑な処理が可能になる。
【００４７】
上述のように構成される回収装置１において実施される二酸化炭素の回収方法は、主な処理として、乾燥処理、分離処理、再生処理及び切り替え処理を有する。乾燥処理においては、分離処理へ供給されるガスを、吸湿剤を用いて乾燥する。分離処理においては、乾燥されたガスから二酸化炭素を分離して、二酸化炭素を分離した残部ガスを排出する。再生処理においては、外部から導入される再生ガスを、乾燥処理で用いた吸湿剤に供給する。切り替え処理においては、吸湿剤の再生の進行に応じて、吸湿剤へ供給される再生ガスを前記残部ガスに切り替える。より詳細には、以下のような作業が実施される。
【００４８】
供給されるガスＧには、冷却器における冷却処理が施されて、５０℃程度以下、好ましくは４０℃程度以下の温度に低下した後に、圧縮機３，５において、二酸化炭素の分離処理を実施する圧力（二酸化炭素の液化が可能な圧力）に加圧される。この加圧には、概して、２．０〜４．０ＭＰａ程度となる圧力が適用される。例えば、図１の実施形態では、ガスＧは、圧縮機３によって０．５ＭＰａ程度に、圧縮機５によって２．５ＭＰａ程度に加圧される。加圧されたガスＧは、温度が１８０〜２５０℃程度に上昇し、乾燥処理及び分離処理を行う前に熱交換器１３による冷却が施されて、１２０℃程度以下の温度に低下する。ガスＧは、必要に応じて水冷式の冷却器１４において更に冷却される。冷却器１４における冷却程度は、温度計１６の検出温度に基づいて制御され、乾燥装置ＤＲにおける乾燥処理に適した温度、具体的には５０℃程度以下、好ましくは４０℃程度以下、より好ましくは３０℃程度以下の温度に低下する。ガスＧの脱硝処理が必要な場合は、加圧後のガスＧに施される。
【００４９】
この後、ガスＧには乾燥装置ＤＲによる乾燥処理が施されて、含水量は１ppm程度以下に低下する。乾燥処理を経たガスＧは、分離装置ＳＰにおいて二酸化炭素Ｃと残部ガスＧ’とに分離精製される（分離処理）。乾燥処理後のガスＧの温度が、分離処理に適した温度より高い場合は、必要に応じて、分離処理の前に適宜冷却器を利用して冷却すると良い。ガスＧの冷却方式は、加湿を伴わない限り特に限定されない。例えば、水冷式、空冷式等の周知の間接接触型冷却技術から適宜選択して適用すれば良く、水冷式冷却によって良好に実施可能である。
【００５０】
乾燥したガスＧは、分離装置ＳＰにおける分離処理によって、液化及び深冷分離が施され、精製された二酸化炭素Ｃが得られる。例えば、二酸化炭素濃度８０〜９０％、温度３０℃、２．５ＭＰａのガスＧが分離装置ＳＰに供給されると、濃度が９５〜９９％程度の液化した二酸化炭素Ｃが回収され、分離精製の残渣として、二酸化炭素濃度が３０％程度の残部ガスＧ’が、２．４ＭＰａ程度の圧力、２０℃程度の温度で分離装置ＳＰから排出される。残部ガスＧ’に含まれ得る他の成分としては、窒素、アルゴン、一酸化炭素、酸素等が挙げられる。
【００５１】
上述の分離処理と並行して、乾燥装置ＤＲにおいては、乾燥処理を行っていない吸湿剤Ｈ、つまり、使用後の吸湿剤Ｈに対して、再生ガスＮを用いた再生処理が施される。その間に、分離処理において分離排出される残部ガスＧ’は、分離装置ＳＰへ供給される前のガスＧに合流するように、還流処理が行われる。還流処理によって残部ガスＧ’が合流したガスＧは、圧力が増加するので、圧縮機５の圧縮率は、この圧力増分を考慮して設定されている。
【００５２】
再生処理において、外部から導入される再生ガスＮは、熱交換器１３において加圧されたガスＧによって加熱されて、その温度は１５０〜２００℃程度に上昇し、水分を殆ど含まない露点−９０〜−６０℃程度の高温乾燥ガスとなる。更に、ヒーター１５における補足的な加熱を経て、２００℃程度の再生ガスＮが乾燥装置ＤＲに供給され、乾燥処理に使用される。再生処理に使用された再生ガスＮは、１０〜１００ｐｐｍ程度の水分を含み、乾燥装置ＤＲから排出される。ガスＧの乾燥処理を連続して効率的に行うために、再生ガスＮの供給流量は、吸湿剤Ｈの再生処理に要する時間が、乾燥処理において吸湿剤Ｈが吸湿容量に達する時間（乾燥処理が継続可能な時間）以下になるように調整される。
【００５３】
再生処理の際に、使用済みの再生ガスＮの水分量は湿度計２１において監視され、吸湿剤の再生の進行に応じて、吸湿剤Ｈへ供給される再生ガスＮを残部ガスＧ’に切り替える切り替え処理が実施される。つまり、使用済みの再生ガスＮの検出湿度が、再生完了を判断する基準値に達した時、切り替え処理が実施される。切り替え処理においては、切替弁Ｖ５，Ｖ６の接続が切り替えられ、再生処理に供給されるガスは、再生ガスＮから残部ガスＧ’に変更される。この切り替え処理によって、吸湿剤Ｈと接触する再生ガスＮが残部ガスＧ’によって置換され、つまり、接触するガスの二酸化炭素濃度が増加する。切り替え処理の実行時期は、基準値の設定によって変更及び調整が可能であり、１０ｐｐｍ前後の値を基準値に設定すると、実質的に再生完了に対応して切り替え処理が実施される。基準値を高く設定すると、実際の再生完了より早い時期で接続が切り替えられ、乾燥処理／再生処理の交替まで残部ガスＧ’による置換が行われる。尚、吸湿剤Ｈの再生完了に要する時間を乾燥処理が継続可能な時間以下に短縮できない状況においては、例えば、乾燥処理を継続可能な時間によって進行可能な再生度の状態を再生完了と見なして、この再生度で再生を終了する時間を設定することができる。
【００５４】
残部ガスＧ’によるカラム内のガス置換には、加熱は不要であるので、切り替え処理と同時に、ヒーター１５による加熱を停止するとよい。これは、切り替え処理と同様に、使用済みの再生ガスＮの湿度に基づく制御によって可能であるが、基準値の設定に基づいてヒーター１５の加熱時間を予め設定しても可能である。
【００５５】
乾燥処理において、吸湿剤Ｈが吸湿容量に達する時間が経過すると、乾燥装置ＤＲにおいて、切替弁Ｖ１〜Ｖ４の接続切替によって乾燥処理と再生処理との交替が実施され、再生処理後の吸湿剤Ｈによって乾燥処理が行われ、乾燥処理で使用した後の吸湿剤Ｈについて再生処理が並行して行われる。再生ガスＮ及び残部ガスＧ’の利用効率等の観点から、再生処理に要する時間と残部ガスＧ’による置換に要する時間との合計が、乾燥処理が継続可能な時間に等しいと最適である。このような設定においては、切替弁Ｖ５，Ｖ６の切り替え時期（再生ガスＮと残部ガスＧ’との切り替え処理の実施時期）と、切替弁Ｖ１〜Ｖ４の切り替え時期（乾燥処理／再生処理の交替時期）との時間差が、残部ガスＧ’による置換に要する時間になる。
【００５６】
上述のようにして、分離装置ＳＰにおける分離処理と並行して、乾燥処理における乾燥処理／再生処理が繰り返し実施される。再生処理において、吸湿剤Ｈの再生が終了すると、切り替え処理によって、残部ガスＧ’の供給先は、圧縮（加圧）途中のガスＧから再生処理へ切り替えられ、再生処理に供給されるガスは再生ガスＮから残部ガスＧ’に切り替えられる。従って、再生処理後の吸湿剤Ｈが接触するガスの二酸化炭素濃度は増加する。
【００５７】
燃焼排ガスの組成は、燃料や燃焼形式によって異なり、酸素燃焼による排ガスは、概して、８０％程度の二酸化炭素、１０％程度の窒素及び１０％程度の酸素を含有し（容積率）、その他に、少量の水蒸気と、不純物として硫黄酸化物、窒素酸化物、塩素、水銀等を含み得る。このような燃焼ガスをガスＧとして処理すると、分離装置ＳＰから９８％程度以上の高濃度に濃縮された二酸化炭素が回収可能である。分離装置ＳＰへ供給されるガスＧは、乾燥装置ＤＲを経て水蒸気が除去されているので、分離装置ＳＰから排出される残部ガスＧ’は、水蒸気を殆ど含まず、乾燥装置ＤＲにおいて再生ガスの代わりに使用しても問題はなく、再生の進行も可能である。窒素酸化物を除去する必要がある場合は、脱硝装置を組み込んで対応可能である。
【００５８】
高濃度の窒素を含み、二酸化炭素濃度が比較的低いガスから二酸化炭素を分離する場合には、予め、窒素に対して選択吸着性を発揮する吸着剤、例えば、結晶性含水アルミノ珪酸アルカリ土類金属塩（ゼオライト）などを用いた吸着処理によってガス中の二酸化炭素濃度を高める前処理を施すように変更してもよい。この場合、前処理において吸着された窒素が回収されれば、これを外部からの再生ガスＮとして用いて、吸湿剤Ｈの再生に利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
燃焼排ガスやプロセス排ガス等の混合ガスに含まれる二酸化炭素を分離して濃縮又は精製された二酸化炭素を効率よく製造すると共に、ガスの乾燥に使用される吸湿剤の再生に起因した二酸化炭素の回収への影響を軽減可能な二酸化炭素の回収技術が提供される。他の設備において排出されるガスを有効利用するので、火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの燃焼設備における総合的な排出ガスの処理として有用で、経済的に有利な処理技術であり、環境保護を考慮したエネルギー供給技術の構築に貢献し得る。
【符号の説明】
【００６０】
１  回収装置
３，５  圧縮機
１１  冷却器
１３  熱交換器
１４  冷却器
１５  ヒーター
１６  温度計
１７  検出器
１９  流量計
２１  湿度計
ＳＰ  分離装置
ＤＲ  乾燥装置
ＲＧ  再生システム
ＩＤ  導入部
Ｃ１，Ｃ２  カラム
Ｘ  サイレンサ
Ｈ  吸湿剤
Ｇ  ガス
Ｇ’  残部ガス
Ｃ  二酸化炭素
Ｎ  再生ガス
Ｖ１〜Ｖ６  切替弁
Ｖ７，Ｖ８  流量調整弁
Ｖ９，Ｖ１０  圧力制御弁
【図１】
2018115828.tif 000003