(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の供給先から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を精製して再供給する二酸化炭素回収精製システムであって、
前記供給先から回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素とを分離する気液分離器と、
前記気液分離器の出口から流出する気相状態の二酸化炭素を凝縮して液体状態の二酸化炭素を生成する凝縮器と、
前記凝縮器内で液体状態である二酸化炭素を直接もしくは最終的に供給先に供給する供給ラインと、
前記気液分離器の出口から前記凝縮器までの精製ラインに設けられ、該精製ラインを流れる気相状態の二酸化炭素から不純物を吸着除去する相互に直列接続された複数の吸着部と、
前記複数の吸着部の相互間を接続する接続ラインの少なくとも１つから分岐され当該接続ラインを流れる二酸化炭素をサンプリングするサンプリングラインと、
前記サンプリングラインからサンプリングした二酸化炭素の不純物を測定する分析部と、
を備え、
前記不純物は、水及び有機物の少なくともいずれかであり、
前記サンプリングラインが分岐された接続ラインの両端に接続された前記複数の吸着部によって吸着除去される不純物成分が同じであることを特徴とする、二酸化炭素回収精製システム。
【請求項２】
前記複数の吸着部は、それぞれに同一種類の吸着材が充填される、請求項１に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項３】
前記直列接続された複数の吸着部に対し、さらに並列に１つ以上の吸着部が設けられている、請求項１または２に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項４】
前記直列接続された複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給する配管と、前記再生ガスを前記精製ラインの外に排出するための配管とを備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項５】
前記直列接続された複数の吸着部を第１の吸着ラインとして、前記第１の吸着ラインに対して並列に前記第１の吸着ラインからは独立した第２の吸着ラインが設けられ、
前記第２の吸着ラインは、二酸化炭素から前記不純物を吸着除去する相互に直列接続された複数の吸着部を有し、
前記分析部は、前記第２の吸着ラインの複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素もサンプリングして前記不純物を測定する、請求項１に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項６】
前記第１の吸着ラインの前記複数の吸着部の相互間の前記接続ラインの少なくとも１つからサンプリングした前記二酸化炭素の不純物を測定した結果と、前記第２の吸着ラインの前記複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素をサンプリングして前記不純物を測定した結果とに応じて、前記第１及び第２の吸着ラインに対する通気状態が制御される、請求項５に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項７】
前記第１の吸着ラインの複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給する配管と、前記第２の吸着ラインの複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給する配管と、前記再生ガスを前記精製ラインの外に排出するための配管とを備える、請求項５または６に記載の二酸化炭素回収精製システム。
【請求項８】
二酸化炭素の供給先から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を精製して再供給する二酸化炭素回収精製方法であって、
前記供給先から回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素とを気液分離器において分離する工程と、
前記気液分離器の出口から流れ出る気体状態の二酸化炭素を凝縮器により凝縮して液体状態の二酸化炭素とする工程と、
前記凝縮器内で液体状態である二酸化炭素を直接もしくは最終的に前記供給先に送出する工程と、
前記気液分離器の出口から前記凝縮器までのライン上の位置で、相互に直列接続された複数の吸着部に気相状態の二酸化炭素を通気することにより、前記気相状態の二酸化炭素から不純物を吸着除去する不純物除去工程と、
前記複数の吸着部の相互間を接続する接続ラインの少なくとも１つから分岐されたサンプリングラインによって当該接続ラインを流れる二酸化炭素をサンプリングして前記二酸化炭素の不純物を測定する分析工程と、
前記分析工程での測定結果に応じて前記複数の吸着部への二酸化炭素の通気状態を制御する制御工程と、
を有し、
前記不純物は、水及び有機物の少なくともいずれかであり、
前記サンプリングラインが分岐された前記接続ラインの両端に接続された前記複数の吸着部によって吸着除去される不純物成分が同じであることを特徴とする、二酸化炭素回収精製方法。
【請求項９】
前記制御工程において前記複数の吸着部への二酸化炭素の通気を停止したときに、前記直列接続された複数の吸着部に対して並列に設けられた吸着部に対して二酸化炭素を通気する、請求項８に記載の二酸化炭素供給精製方法。
【請求項１０】
前記制御工程において前記複数の吸着部への二酸化炭素の通気を停止したときに、直列接続された複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給して当該吸着部を再生する工程を備える、請求項８または９に記載の二酸化炭素供給精製方法。
【請求項１１】
前記直列接続された複数の吸着部を第１の吸着ラインとして、前記不純物除去工程において、第１の吸着ラインと、前記第１の吸着ラインに対して並列に前記第１の吸着ラインから独立して設けられ二酸化炭素から前記不純物を吸着除去する相互に直列接続された複数の吸着部を有する第２の吸着ラインとに交互に二酸化炭素を通気する工程であり、
前記分析工程において、前記第２の吸着ラインの複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素もサンプリングして前記不純物を測定し、
前記制御工程において、前記第１の吸着ラインの前記複数の吸着部の相互間の前記接続ラインの少なくとも１つからサンプリングした前記二酸化炭素の不純物を測定した結果と、前記第２の吸着ラインの前記複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素をサンプリングして前記不純物を測定した結果とに応じて、前記第１及び第２の吸着ラインに対する通気状態を制御する、請求項８に記載の二酸化炭素回収精製方法。
【請求項１２】
前記制御工程において前記第１の吸着ラインへの二酸化炭素の通気を停止したときに、前記第１の吸着ラインの複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給して当該吸着部を再生し、前記制御工程において前記第２の吸着ラインへの二酸化炭素の通気を停止したときに、前記第２の吸着ラインの複数の吸着部のうち少なくとも前記二酸化炭素の流れにおける末端に位置する吸着部以外の吸着部に対して再生ガスを供給して当該吸着部を再生する工程を備える、請求項１１に記載の二酸化炭素供給精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給先から二酸化炭素を回収して精製し、精製した二酸化炭素を必要に応じてさらに精製した後、供給先に供給する二酸化炭素回収精製方法及びシステムに関し、特に、半導体デバイス製造をはじめとする電子部品の製造工程などにおいて使用できる超高純度の二酸化炭素を供給先に供給できる方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）は、気体状態で各種の用途に用いられるほか、液体状態あるいは超臨界状態で、例えば、洗浄や乾燥などの工程に使用される。近年では半導体デバイスの製造における洗浄工程においても液体ＣＯ2や超臨界ＣＯ2の使用が提案されている。半導体デバイス製造などにおいて液体ＣＯ2や超臨界ＣＯ2を使用する場合には、不純物量を極めて少なくし高純度に精製した液体ＣＯ2や超臨界ＣＯ2を供給する必要がある。また、半導体デバイス製造プロセスなどにおいて使用したＣＯ2については、これを回収して精製し、再び同じ製造プロセスに対して供給するようにすることが求められている。
【０００３】
特許文献１は、超臨界ＣＯ2あるいは液体ＣＯ2を用いた洗浄装置あるいは乾燥装置からＣＯ2を回収して精製し、洗浄装置において再びそのＣＯ2を利用できるようにした再生回収装置を開示している。特許文献１に示される再生回収装置は、回収した流体ＣＯ2の圧力を降下させて不純物を液相側に残す気液分離機構と、気液分離機構からの気体ＣＯ2を液化して精製する液化精製機構と、気液分離機構と液化精製機構との間に配置されたミスト分離機構やフィルタと、を備えている。
【０００４】
ところで、半導体デバイス製造プロセスで用いられる洗浄装置や乾燥装置から回収されるＣＯ2には、水分や油分、揮発性の不純物が含まれ、特に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などのアルコール類が含まれる。特許文献１の再生回収装置は、難揮発性のパーティクルやミストなどを効率よく取り除くことができるが、ＩＰＡに代表される揮発性のアルコールをＣＯ2から除去することに関して必ずしも適したものではない。
【０００５】
不純物を取り除いてＣＯ2を精製する技術として各種のものが知られている。例えば、特許文献２は、ＣＯ2中の硫化カルボニル（ＣＯＳ）、リン含有化合物、ケイ素含有化合物及び非メタン炭化水素などの不純物を混合金属酸化物に吸着させて除去する技術を開示している。特許文献３は、ＣＯ2中から水分、含酸素化合物、芳香族化合物及び含イオウ化合物を除去するために、Ｙゼオライトと乾燥剤とを吸着材として充填した吸着塔に対してＣＯ2ガスを通すこと、２台の吸着塔を並列に設け、一方の吸着塔で不純物の吸着除去処理を行っているときに他方の吸着塔の再生を行うことを開示している。特許文献４は、イオウ化合物、含酸素化合物及び炭化水素などの不純物をＣＯ2から除去して精製ＣＯ2を生成するために、種々の精製ユニットにＣＯ2を通すことと、精製後のＣＯ2について分析を行うことを開示されている。特許文献５は、水分、炭化水素及びイオウ化合物をＣＯ2から除去するために、乾燥剤とＹゼオライトと活性炭とを吸着材として単一の容器に充填して構成された吸着塔にＣＯ2を通すことを開示している。
【０００６】
吸着材を用いて不純物を吸着除去する方法は、二酸化炭素の精製方法として一般的であるから、供給先から回収したＣＯ2を精製して供給先に供給する際に、水分や油分、揮発性の不純物などを取り除くために吸着材を用いることは十分に考えられることである。しかしながら吸着材には、これ以上吸着を行うと後段に不純物が漏れてしまうことになる限界があるので、この限界に至る前までにＣＯ2の通気を停止しないと、精製後のＣＯ2に不純物が混入するといった不具合が生じる。そこで、例えば、限界に至らないと想定される一定時間の経過でもって通気を停止するか、あるいは、精製後のＣＯ2に要求される値に対して安全側のしきい値を設定した上で、吸着材を通過した後のＣＯ2の分析を行い、しきい値を超えた場合に、後段に不純物が漏れてしまう限界が近いと判断して、通気を停止する。この場合、厳密に要求値を満足させるためには吸着材が限界に至るかなり前にＣＯ2の通気を停止する必要があり、通気の停止後には吸着材の再生処理や交換を行うことから、吸着材の吸着容量を有効に使い切れない、という課題が生じる。また、想定を超えて入口不純物濃度が一時的に上昇した場合には、精製されたＣＯ2に要求される値が満たされなくなるおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８１０１６号公報
【特許文献２】特表２００６−５０２９５７号公報
【特許文献３】特表２００９−５０６９６７号公報
【特許文献４】特表２００９−５１２６１２号公報
【特許文献５】特表２００９−５０４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体デバイス製造プロセスから回収した二酸化炭素を精製して再びその半導体デバイス製造プロセスに供給するようにした技術についてはこれまでもいくつか提案がある。そのような技術において、回収した二酸化炭素に含まれる水分、油分あるいは揮発性不純物などを除去するためには、吸着材を使用することが現実的であると考えられる。しかしながら、吸着材を用いる場合にはその吸着材の吸着可能量を十分に生かしきれない、という問題点が生じ、このため、イニシャルコストや再生頻度の上昇にともなうランニングコストなどの上昇につながっている。
【０００９】
本発明の目的は、供給先から二酸化炭素を回収して精製し、精製された二酸化炭素を必要に応じてさらに精製した後、供給先に再び供給する二酸化炭素回収精製方法及びシステムであって、二酸化炭素中のパーティクル、水分、油分及び揮発性の不純物を容易に低減できて、かつ、吸着材の吸着容量を十分に活用できる方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の二酸化炭素回収精製システムは、二酸化炭素の供給先から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を精製して再供給する二酸化炭素回収精製システムであって、供給先から回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素とを分離する気液分離器と、気液分離器の出口から流出する気相状態の二酸化炭素を凝縮して液体状態の二酸化炭素を生成する凝縮器と、凝縮器内で液体状態である二酸化炭素を直接もしくは最終的に供給先に供給する供給ラインと、気液分離器の出口から凝縮器までの精製ラインに設けられ、精製ラインを流れる気相状態の二酸化炭素から不純物を吸着除去する相互に直列接続された複数の吸着部と、複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素をサンプリングして不純物を測定する分析部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の二酸化炭素回収精製方法は、二酸化炭素の供給先から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を精製して再供給する二酸化炭素回収精製方法であって、供給先から回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素とを気液分離器において分離する工程と、気液分離器の出口から流れ出る気体状態の二酸化炭素を凝縮器により凝縮して液体状態の二酸化炭素とする工程と、前記凝縮器内で液体状態である二酸化炭素を直接もしくは最終的に供給先に送出する工程と、気液分離器の出口から凝縮器までのライン上の位置で、相互に直列接続された複数の吸着部に気相状態の二酸化炭素を通気することにより、気相状態の二酸化炭素から不純物を吸着除去する不純物除去工程と、複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素をサンプリングして不純物を測定する分析工程と、分析工程での測定結果に応じて複数の吸着部への二酸化炭素の通気状態を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素を分離する気液分離器と気化した二酸化炭素を凝縮させる凝縮器との間の位置に、相互に直列に接続された複数の吸着部を設け、さらに、複数の吸着部の相互間の接続位置の少なくとも１つを流れる二酸化炭素をサンプリングして不純物を測定できるようにすることにより、サンプリング位置より上流側の吸着部が、これ以上吸着を行わせると後段に不純物が漏れるという限界に到達したことを検出できる。上流側の吸着部がこの限界に達した時点では、サンプリング位置より下流側の吸着部はほとんど不純物を吸着していないので、不純物は確実に下流側の吸着部で吸着除去でき、このため、上流側の吸着部に関しては後段に不純物が漏れる限界まで使用できるようになってその吸着容量を有効に使い切ることができる。また、下流側の吸着部については吸着負荷が小さくてメンテナンス期間を極めて長く設定することができるから、全体として見て吸着材を有効に使用でき、かつ、後段への不純物汚染を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の二酸化炭素回収精製システムの構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態の二酸化炭素回収精製システムの構成を示す図である。
【図３】第３の実施形態の二酸化炭素回収精製システムの構成を示す図である。
【図４】吸着部と弁との配置関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に基づく二酸化炭素回収精製システムは、二酸化炭素使用装置である供給先から回収した流体に含まれる不純物と二酸化炭素（ＣＯ2）とを分離する気液分離器と、気液分離器から流出する気体状態のＣＯ2を凝縮させる凝縮器と、を備えてＣＯ2を精製するシステムであって、気液分離器の出口と凝縮器の入口との間であってＣＯ2が気相状態で流れる位置に少なくとも２段の吸着部を直列に配置し、かつ、直列接続された複数の吸着部の相互間の接続位置においてそこを流れるＣＯ2をサンプリングしてＣＯ2中の不純物濃度を測定する分析部とを設けたものである。凝縮器によって液化されたＣＯ2は、二酸化炭素使用装置において再度使用することができる。二酸化炭素使用装置は、例えば、半導体デバイス製造プロセスで使用される洗浄装置や乾燥装置などである。
【００１５】
この二酸化炭素回収精製システムには複数の吸着部が設けられるが、それぞれに同一種類の吸着材を充填するなどして、各吸着部によって吸着除去される不純物成分が同じであるようにする。除去しようとする不純物成分に応じて吸着部に充填すべき吸着材を選定することになるが、回収精製したＣＯ2の供給先である二酸化炭素使用装置が何であるかによって、回収されたＣＯ2に含まれる水分や有機物の量、有機物の種類が異なるから、二酸化炭素使用装置に応じて吸着材を選択することが好ましい。一般的に公知なものとして、水分除去用の吸着材には、ゼオライト、モレキュラーシーブス、活性アルミナ、シリカゲルなどを用いることができ、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの有機物除去用の吸着材には活性炭、モレキュラーシーブス、ハイシリカゼオライトなどを用いることができる。水分除去用、有機物除去用を問わず、これらの吸着材は、その使用前に、十分に低水分管理されたドライガスを通すことによって、それらの吸着材内の水分を予め除去しておくことが好ましい。
【００１６】
気液分離器から凝縮器に向けて気体状態でＣＯ2を流すと、二酸化炭素使用装置から回収されたＣＯ2に含まれていた水分や油分、揮発性の不純物は、直列に接続された吸着部のうち、上流側の吸着部すなわち気液分離器側の吸着部でまず吸着除去される。この段階では、分析部での分析結果には、不純物成分は現れず、また、下流側の吸着部すなわち凝縮器側の吸着部はまだ何も吸着していない。そのうちに上流側の吸着部内の吸着材が、それ以上吸着させると後段に不純物が漏れるという限界に達し、その結果、分析部での分析結果に不純物成分が現れるようになる。そうしたら、少なくとも上流側の吸着部に対するＣＯ2の通気を停止し、上流側の吸着部に対して再生処理や吸着材の交換などを行う。このとき、上流側の吸着部から不純物が漏れ出しているが、漏れ出した不純物は、下流側の吸着部によって吸着除去されるので、二酸化炭素使用装置には到達しない。また、下流側の吸着部に不純物成分が流入するのは、不純物が漏れ出すこととなる限界に上流側の吸着部が達したことを検出してから通気を停止するまでのわずかな間であるから、下流側の吸着部の吸着容量はほとんど消費されない。下流側の吸着部については、限界に対してまだ余裕のあると想定される期間で再生処理あるいは交換を行う必要があるが、そもそも下流側の吸着部には不純物成分がほとんど流入しないので、再生処理あるいは交換を行うまでの期間を極めて長く設定することができる。上流側の吸着部については吸着容量の限界まで使い切って再生あるいは交換を行うことを繰り返し、下流側の吸着部については極めて長い期間にわたってそのままで使用できることから、本発明に基づく二酸化炭素回収精製システムでは、全体として、吸着材を有効に利用でき、かつ、二酸化炭素使用装置側への不純物汚染を防ぐことができる。
【００１７】
供給先から回収したＣＯ2にはさまざまな不純物が混ざっていることが多く、そのような不純物としては、例えばＩＰＡなどが挙げられる。供給先から不純物として回収されたＩＰＡは、気液分離器の内部で液相として蓄積され、適時にこの液相分をパージ（排出）することによって系外に排出される。一方、ＣＯ2は気相状態で気液分離器を出て吸着工程に向かうため、ＩＰＡとの分離が可能である。
【００１８】
また、二酸化炭素使用装置から回収されたＣＯ2に含まれる金属微粒子などの難揮発性のパーティクルも、気液分離器内の液相部に蓄積されるため、ＩＰＡ同様、系外に排出される。また、システム内に適宜に配置されたフィルタによっても除去され、それにより、二酸化炭素使用装置側へのこれらのパーティクル類による汚染も防がれる。
【００１９】
なお、供給先から回収されるＣＯ2は、液体のまま気液分離器に供給されることもあり、そのような場合には、加温などの方法によって気液分離器において気化させればよい。
【００２０】
吸着部としては、例えば、塔状の容器内に吸着材を充填してその容器内を気体が流通するようにした吸着塔を用いることができるが、吸着材を保持し吸着材に対して気体を通気できるようにした構成のものであれば、他の形態のものも使用することができる。以下では、吸着部として吸着塔が用いられるものとして説明を行う。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態の二酸化炭素回収精製システムの構成を示している。この二酸化炭素回収精製システムは、供給先である二酸化炭素使用装置５０に対してＣＯ2を供給するものであって、その二酸化炭素使用装置５０から使用済みのＣＯ2を回収して精製し、精製したＣＯ2を二酸化炭素使用装置５０に再度供給するようにしたものである。なおここでは二酸化炭素回収精製システムから供給先にＣＯ2を直接供給し、供給先から直接回収することとしているが、必要に応じてさらなる精製装置や回収装置などを介しても構わない。
【００２２】
図１に示す二酸化炭素回収精製システムは、精製した二酸化炭素を二酸化炭素使用装置５０に供給するために、高純度液体ＣＯ2を一時的に貯える貯槽１１と、貯槽１１の出口に設けられたポンプ１２と、ポンプ１２の出口に設けられたフィルタ１３と、を備えており、ポンプ１２によってＣＯ2が二酸化炭素使用装置５０に供給される。ポンプ１２には発塵のおそれがあるので、フィルタ１３によりポンプ１２で発生したパーティクル類を除去するようにしている。
【００２３】
また二酸化炭素回収精製システムは、二酸化炭素使用装置５０から回収したＣＯ2を精製するために、回収した流体に含まれる不純物とＣＯ2とを気液分離によって分離する気液分離器１６と、気液分離器１６の気相側の出口に接続した吸着塔Ａ１と、吸着塔Ａ１に対して直列に接続された吸着塔Ａ２と、吸着塔Ａ２の出口に接続したフィルタ１７と、フィルタから１７から流れ出た気体ＣＯ2を凝縮する凝縮器１８と、を備えており、凝縮器１８で液化したＣＯ2が高純度液体ＣＯ2として上述した貯槽１１に貯えられるようになっている。貯槽１１には、不純物成分として混入している他の低沸点成分（例えば空気）などを外部に強制的に排出（ブロー）するための弁２２も設けられている。なお、凝縮器１８から貯槽１１、ポンプ１２及びフィルタ１３を経て二酸化炭素使用装置５０に向かうラインが、ＣＯ2の供給ラインである。貯槽１１は必ずしも設けなくてもよい。例えば、凝縮器１８自体が液体ＣＯ2を保持する機能を有する場合には、貯槽１１を設ける必要はない。
【００２４】
気液分離器１６としては、液相側出口と液相側出口に設けられた弁２３を有し、弁２３を介して液相成分を排出（ブロー）できるものを用いる。
【００２５】
上流側の吸着塔Ａ１と下流側の吸着塔Ａ２には、同一組成の吸着材が充填されており、同一の不純物成分を除去できるようになっている。ただし、同一の不純物を除去できるのであれば、吸着塔Ａ１とＡ２は必ずしも同一組成の吸着材を充填する必要はない。吸着塔Ａ１と吸着塔Ａ２との接続点からサンプリングラインが分岐し、このサンプリングラインに対し、ＣＯ2中の不純物成分のサンプリング分析を行う分析部３０が設けられている。分析部３０は、吸着塔での吸着除去の対象となる不純物成分（例えば、水分、油分あるいはＩＰＡ）が何であるかに応じ、その不純物成分を検出して定量できるように構成されている。二酸化炭素使用装置５０が半導体デバイス製造プロセスにおける洗浄装置や乾燥装置である場合には、回収ＣＯ2中にＩＰＡが不純物として多く含まれる。気液分離器１６において大部分のＩＰＡは分離除去されるが、一部はＣＯ2とともに気相中に含まれるので、吸着塔での除去が必要となる。吸着材としてはＩＰＡを吸着除去できるものを使用し、分析部３０としてはＩＰＡの検出と定量を行うことができるものを用いることが好ましい。
【００２６】
二酸化炭素使用装置５０から回収されたＣＯ2は、気液分離器１６に供給される。供給先から回収される流体にＩＰＡなどが含まれる場合、ＩＰＡは気液分離器１６の内部で液相として蓄積され、適時に液相分をパージ（排出）することによって、ＩＰＡは系外に排出される。一方ＣＯ2は気相状態で気液分離器１６を出て吸着工程に向かうため、ＩＰＡとの分離が可能である。また、ＣＯ2中の難揮発性であったり液体ＣＯ2に分散したり溶け込みやすいパーティクルは、気液分離器１６においてほとんどが気相側に移行しないので、気液分離器１６から流出する気体ＣＯ2からは除去されることになる。これらのパーティクルは液相側に残留するので、気液分離器１６の液相側排出口に設けられている弁２３を開放することにより、系外に排出（パージ）することができる。気液分離器１６からの気体ＣＯ2は、次に、吸着塔Ａ１に流入し、ここで、吸着塔での除去目的とする不純物（水分、油分及び揮発性の不純物）が除去され、次に吸着塔Ａ２に流入し、さらに、フィルタ１７を介して凝縮器１８に供給されて液化され、液体ＣＯ2として貯槽１１に供給される。フィルタ１７は、気液分離器１６で除去しきれなかったパーティクルや、吸着塔Ａ１，Ａ２で発生したパーティクルを除去する。この結果、貯槽１１には、気液分離器１６及びフィルタ１７によって難揮発性のパーティクルが除去され、吸着塔Ａ１によって除去目的とする不純物（水分、油分あるいは揮発性の不純物）が除去された高純度の液体ＣＯ2が貯えられることになる。この高純度の液体ＣＯ2は、上述したように、ポンプ１２により二酸化炭素使用装置５０に供給される。
【００２７】
この二酸化炭素回収精製システムでは、気液分離器１６から吸着塔Ａ１，Ａ２及びフィルタ１７を介して凝縮器１８に気体ＣＯ2が流れることによって、ＣＯ2の精製処理がなされることになる。そこで、気液分離器１６から凝縮器１８までのラインを精製ラインと呼ぶ。
【００２８】
ＣＯ2の精製処理を行っていると、吸着塔Ａ１に吸着された不純物量が徐々に増加し、やがて、吸着塔Ａ１がこれ以上吸着させると不純物が漏れ出すという限界に達して吸着塔Ａ１がブレークする。分析部３０は、サンプリングラインを介し、吸着塔Ａ１と吸着塔Ａ２を流れるＣＯ2をサンプリングして不純物濃度を常時あるいは逐一監視しており、不純物濃度があるしきい値を超えた場合に、吸着塔Ａ１が限界に達したと判定する。吸着塔Ａ１が限界に達したことが検出されたら、精製ライン内でのＣＯ2の流通を停止することにより吸着塔Ａ１，Ａ２へのＣＯ2の通気を速やかに停止し、次に、図示破線で示すように、再生ガス源４１からの再生ガスがヒータ４３を介して吸着塔Ａ１を通過し再生排ガス４２として排出されるようにラインの切り替えを行う。そして、ヒータ４３で加熱された再生ガスを吸着塔Ａ１に通気し、吸着塔Ａ１に吸着されていた不純物を脱離させて系外に排出することによって、吸着塔Ａ１内の吸着材の再生処理を行う。このとき、吸着塔Ａ１内での再生ガスの流れの方向は、本来のＣＯ2の流れの方向とは逆方向になるようにする方が好ましい。再生処理が完了したら、速やかにラインを元に戻し、吸着塔Ａ１，Ａ２にＣＯ2を通気させ、精製処理を再開する。吸着塔Ａ１の再生処理を行う代わりに、吸着塔Ａ１自体の交換あるいは吸着塔Ａ１内の吸着材の交換を行ってもよい。また、再生ガス源４１からの再生ガスを吸着塔Ａ１と吸着塔Ａ２の間ではなく、吸着塔Ａ２の後段、もしくは、その双方から供給するなどして、吸着塔Ａ２の再生処理も一緒に行ってもよい。
【００２９】
分析部３０での分析におけるサンプリング時間間隔や分析結果が出るまでに要する時間などのために、不純物が漏れ出すこととなる限界に吸着塔Ａ１が達してからそのことが判明するまでに多少のタイムラグ（時間差）が生じる可能性がある。しかしながら、吸着塔Ａ１の下流側には吸着塔Ａ２が設けられており、そのタイムラグ内に吸着塔Ａ１から流出した不純物成分は吸着塔Ａ２によって確実に吸着され除去されるので、二酸化炭素使用装置５０側に不純物が流出することはない。また、再生処理を行っている期間中は、気液分離器１６から凝縮器１８に向かうＣＯ2の流れを停止しているため、この期間中に不純物が二酸化炭素使用装置５０側に流出することもない。
【００３０】
吸着塔Ａ２の吸着負荷は吸着塔Ａ１に比べてはるかに小さいので、吸着塔Ａ２については、安全を見越してまだ十分な吸着容量を有しているであろうと想定される期間で定期的に再生処理または交換を行えばよい。図１に示す二酸化炭素回収精製システムでは、吸着塔Ａ１に関しては限界に到達してから再生処理あるいは交換を行うことが可能であるので、全体として、吸着材を有効に利用できる。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態の二酸化炭素回収精製システムを示している。
【００３２】
図１に示したシステムでは、吸着塔Ａ１の再生処理を行っている期間中は気液分離器１６から凝縮器１８へのＣＯ2の流れを停止しなければならないので、高純度ＣＯ2の精製も停止することになり、供給先である二酸化炭素使用装置５０への連続的なＣＯ2の供給も行えなくなる。そこで図２に示した二酸化炭素回収精製システムでは、直列接続されている吸着塔Ａ１及びＡ２をバイパスするようにもう１つの吸着塔Ｂを設け、吸着塔Ａ１に対して再生処理または交換を行っている期間中は、気液分離器１６からの気体ＣＯ2が吸着塔Ｂを介してフィルタ１７に供給されるようにしている。吸着塔Ｂには、吸着塔Ａ１，Ａ２に充填されているものと同じ吸着材が充填されているが同一の不純物を吸着する充填材であれば、それに限らない。
【００３３】
図２に示した二酸化炭素回収精製システムでは、通常の動作時には、気液分離器１６からの気体ＣＯ2が吸着塔Ａ１，Ａ２を通り、吸着塔Ｂを通らないようにして、ＣＯ2の精製処理を実行する。分析部３０は吸着塔Ａ１出口でのＣＯ2に含まれる不純物を順次あるいは逐一監視しており、不純物量がしきい値を超えた場合に、不純物が漏れ出す限界に吸着塔Ａ１が達したと判定する。吸着塔Ａ１が限界に達したことが検出されたら、吸着塔Ａ１，Ａ２へのＣＯ2の通気を停止し、その代わりに気液分離器１６からのＣＯ2が吸着塔Ｂを通ってフィルタ１７に流れるように速やかにラインを切り替え、さらに、次に、図示破線で示すように、再生ガス源４１からの再生ガスがヒータ４３を介して吸着塔Ａ１を通過し再生排ガス４２として排出されるようにラインの切り替えを行う。そして、吸着塔Ｂを介したＣＯ2の流通を維持しながら、ヒータ４３で加熱された再生ガスを吸着塔Ａ１に通気し、吸着塔Ａ１に吸着されていた不純物を脱離させて系外に排出することによって、吸着塔Ａ１内の吸着材の再生処理を行う。このとき、吸着塔Ａ１内での再生ガスの流れの方向は、本来のＣＯ2の流れの方向とは逆方向になるようにする方が好ましいが、それに限るものではない。再生処理が完了したら、速やかにラインを元に戻して吸着塔Ｂへの通気を停止し、吸着塔Ａ１，Ａ２にＣＯ2を通気させる。吸着塔Ａ１の再生処理を行う代わりに、吸着塔Ａ１自体の交換あるいは吸着塔Ａ１内の吸着材の交換を行ってもよい。また、再生ガス源４１の設置場所を吸着塔Ａ１と吸着塔Ａ２の間ではなく、吸着塔Ａ２の後段に設置、もしくは、その双方に設置するなどして、吸着塔Ａ２の再生処理も一緒に行ってもよい。
【００３４】
分析部３０での分析におけるサンプリング時間間隔や分析結果が出るまでに要する時間などのために、不純物が漏れ出す限界に吸着塔Ａ１が達してからそのことが判明するまでに多少のタイムラグが生じる可能性がある。しかしながら、吸着塔Ａ１の下流側には吸着塔Ａ２が設けられており、そのタイムラグ内に吸着塔Ａ１から流出した不純物成分は吸着塔Ａ２によって確実に吸着され除去されるので、二酸化炭素使用装置５０側に不純物が流出することはない。また、吸着塔Ａ１の再生処理を行っている期間中は、吸着塔ＢにＣＯ2を通気することによってＣＯ2の精製処理は継続して実行されており、全体のプロセスを中断することなく連続的に精製ＣＯ2を二酸化炭素使用装置５０も供給し続けることができる。
【００３５】
吸着塔Ａ２の吸着負荷は吸着塔Ａ１に比べてはるかに小さく、また、吸着塔Ｂは、吸着塔Ａ１の再生期間中にのみ使用されるので、吸着塔Ａ２，Ｂについては、安全を見越してまだ十分な吸着容量を有しているであろうと想定される期間で定期的に再生処理または交換を行えばよい。図２に示す二酸化炭素回収精製システムでは、吸着塔Ａ１に関しては不純物が漏れ出す限界に到達してから再生処理あるいは交換を行うことが可能であるので、全体として、吸着材を有効に利用できる。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施形態の二酸化炭素回収精製システムを示している。
【００３７】
図２に示した二酸化炭素回収精製システムでは、吸着塔Ａ１の再生処理を行っているときには吸着塔ＢにＣＯ2を通気してＣＯ2の精製処理を継続して行っているが、吸着塔Ａ１の再生処理に時間がかかるような場合には、吸着塔Ｂでの不純物の吸着量が多くなって、想定していたものよりも早く吸着塔Ｂの吸収限界に到達するおそれがある。そこで図３に示した二酸化炭素回収精製システムでは、吸着塔Ｂの代わりに、直列接続された吸着塔Ｂ１及び吸着塔Ｂ２を設け、さらに、吸着塔Ｂ１，Ｂ２の接続点にもサンプリングラインを接続して、吸着塔Ｂ１の出口での不純物濃度を分析部３０によって分析できるようにしている。また再生ガス源４１から再生ガスは吸着塔Ｂ１にも供給できるようにし、吸着塔Ａ１，Ｂ１に対して交互に再生処理を行えるようにしている。また、再生ガス源４１からの再生ガスを吸着塔Ａ２、Ｂ２後段からも供給するなどして、吸着塔Ａ２、Ｂ２の再生処理も一緒に行ってもよい。さらには、再生ガス源４１からの再生ガスを吸着塔Ａ１、Ｂ１と吸着塔Ａ２、Ｂ２の間ではなく、吸着塔Ａ２、Ｂ２の後段、もしくは、その双方から供給するなどして、吸着塔Ａ２、Ｂ２の再生処理も一緒に行ってもよい。
【００３８】
以下の説明において、吸着塔Ａ１，Ａ２をまとめて吸着ラインＡと呼び、吸着塔Ｂ１，Ｂ２をまとめて吸着ラインＢと呼ぶ。
【００３９】
初期状態において吸着ラインＡにＣＯ2を通気するか吸着ラインＢにＣＯ2を通気するかは任意に選択できるが、ここでは、気液分離器１６からの気体ＣＯ2が吸着ラインＡを通るが吸着ラインＢを通らないものとする。この状態でＣＯ2の精製処理を継続すると、吸着塔Ａ１の出口での不純物濃度が高くなって、やがてしきい値を超える。しきい値を超えたら、不純物が漏れ出す限界に吸着塔Ａ１が達したと判定し、吸着ラインＡすなわち吸着塔Ａ１，Ａ２へのＣＯ2の通気を停止し、その代わりに気液分離器１６からのＣＯ2が吸着ラインＢを通ってフィルタ１７に流れるように速やかにラインを切り替える。そして、再生ガス源４１からヒータ４３を介して再生ガスを吸着塔Ａ１を通気し、吸着塔Ａ１の再生処理を行う。このとき、ＣＯ2の精製処理は、吸着ラインＢを介して行われている。吸着塔Ａ１の再生処理が終了しても、引き続いて吸着ラインＢにＣＯ2を通気する。そのうち、吸着塔Ｂ１が限界に達して吸着塔Ｂ１の出口での不純物濃度が高くなり、そのことが分析部３０で検出される。
【００４０】
吸着塔Ｂ１が限界に達したことが検出されたら、今度は、吸着ラインＢへのＣＯ2の通気を停止し、その代わりに気液分離器１６からのＣＯ2が吸着ラインＡを通ってフィルタ１７に流れるように速やかにラインを切り替える。そして、再生ガス源４１からヒータ４３を介して再生ガスを吸着塔Ｂ１を通気し、吸着塔Ｂ１の再生処理を行う。このとき、ＣＯ2の精製処理は、吸着ラインＡを介して行われている。吸着塔Ｂ１の再生処理が終了しても、引き続いて吸着ラインＡにＣＯ2を通気する。これで初期状態に戻ったわけであるから、これ以後は、上記の動作を繰り返し、吸着ラインＡ，Ｂに交互にＣＯ2を通気し、通気していないタイミングで吸着塔Ａ１あるいは吸着塔Ｂ１に対する再生処理を行う。
【００４１】
図４は、図３に示した二酸化炭素回収精製システムにおいて吸着ラインＡ，Ｂ間でのラインの切り替えや吸着塔Ａ１，Ａ２の再生処理のためのラインの切り替えを説明するための図であり、吸着塔Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２とこれらに接続する弁ＡＶ１〜ＡＶ８を示している。気液分離器１６からのラインと吸着塔Ａ１，Ｂ１の入口との間にそれぞれ弁ＡＶ１，ＡＶ３が設けられ、吸着塔Ａ２，Ｂ２の出口からフィルタ１７との間にそれぞれ弁ＡＶ２，ＡＶ４が設けられている。吸着塔Ａ１，Ｂ１の入口には、再生排ガス４２を排出するための弁ＡＶ７，ＡＶ８が設けられている。再生ガス源４１から供給されてヒータ４３で加熱された再生ガスを出口側から吸着塔Ａ１，Ｂ１に供給するために、ヒータ４３と吸着塔Ａ１，Ｂ１との間にそれぞれ弁ＡＶ５，ＡＶ６が設けられている。
【００４２】
次に、これらの弁ＡＶ１〜ＡＶ８の開閉制御について説明する。図３に示す二酸化炭素回収精製システムの動作は、以下のステップ１〜４にまとめることができる。ステップ１では、吸着ラインＡで通常の吸着運転を行い、吸着ラインＢには通気させない。ステップ１において、不純物が漏れ出す限界に吸着塔Ａ１が達したことを検出したら、ステップ２に移行し、ステップ２では、吸着ラインＢで通常の吸着運転を行い、同時に吸着塔Ａ１の再生処理を実行する。吸着塔Ａ１の再生処理が完了したらステップ３に移行し、ステップ３では、吸着ラインＢで通常の吸着運転を行い、吸着ラインＡには通気させない。その後、吸着塔Ｂ１が限界に達したことを検出したら、ステップ４に移行し、ステップ４では、吸着ラインＡで通常の吸着運転を行い、同時に吸着塔Ｂ１の再生処理を実行する。吸着塔Ｂ１の再生処理が完了したら最初のステップ１に戻る。表１は、このようなステップ１〜４を実施するための弁の開閉制御を示している。
【００４３】
【表１】
0005766089.tif 000002
【００４４】
図３に示したシステムでは、分析部３０での分析におけるサンプリング時間間隔や分析結果が出るまでに要する時間などのために、吸着塔Ａ１または吸着塔Ｂ１が限界に達してからそのことが判明するまでに多少のタイムラグが生じる可能性がある。しかしながら、吸着塔Ａ１，Ｂ１の下流側にはそれぞれ吸着塔Ａ２，Ｂ２が設けられており、そのタイムラグ内に吸着塔Ａ１、Ｂ１から流出した不純物成分は吸着塔Ａ２，Ｂ２によって確実に吸着され除去されるので、二酸化炭素使用装置５０側に不純物が流出することはない。また、吸着ラインＡと吸着ラインＢとにＣＯ2が交互に通気されるようにすることによってＣＯ2の精製処理は継続して実行されており、全体のプロセスを中断することなく連続的に精製ＣＯ2を二酸化炭素使用装置５０も供給し続けることができる。
【００４５】
吸着塔Ａ２，Ｂ２の吸着負荷は吸着塔Ａ１，Ｂ１に比べてはるかに小さいので、吸着塔Ａ２，Ｂ２については、安全を見越してまだ十分な吸着容量を有しているであろうと想定される期間で定期的に再生処理または交換を行えばよい。図３に示す二酸化炭素回収精製システムでは、吸着塔Ａ１，Ｂ１に関しては、不純物が漏れ出す限界に到達してから再生処理あるいは交換を行うことが可能であるので、全体として、吸着材を有効に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１１    貯槽
１２    ポンプ
１３，１７    フィルタ
１６    気液分離器
１８    凝縮器
２２，２３    弁
３０    分析部
４１    再生ガス源
４２    再生排ガス
４３    ヒータ
５０    二酸化炭素使用装置
Ａ１，Ａ２，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２    吸着塔
ＡＶ１〜ＡＶ８    弁
【図１】
0005766089.tif 000003
【図２】
0005766089.tif 000004
【図３】
0005766089.tif 000005
【図４】
0005766089.tif 000006