(57)【要約】  燃焼排ガス及び二酸化炭素に富んだ流れ等の、二酸化炭素含有ガスが圧縮され、次に複合流れは、吸着剤床上に水分を脱着するように処理され、次いで大気温度以下の温度で処理されて二酸化炭素生成物流れと排気流れとを生成する。当該排気流れは処理されて、上記床から水分を脱着するのに利用可能な二酸化炭素除去流れと、二酸化炭素含有ガスと組み合わされる二酸化炭素に富んだ流れとを生成する。
2011529848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を回収する方法であって、
（Ａ）酸素燃焼（ｏｘｙ−ｆｕｅｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップと、
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップと、
（Ｃ）該乾燥した気体状の供給流れを、大気温度以下（ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）での回収プロセスで処理するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップと、
（Ｄ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れ（ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ−ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ｓｔｒｅａｍ）とに分離するステップと、
（Ｅ）該水分を多く含んだ吸着剤を該二酸化炭素除去流れと接触させて、水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを形成することにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させ、次に該水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを、該吸着剤から分離するステップと、
（Ｆ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップと
を含む上記方法。
【請求項２】
ステップ（Ｃ）で用いる冷却が、前記膨張によってのみ提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素に富んだ流れの少なくとも一部が、前記水分を多く含んだ吸着剤と接触して、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着し、次に前記燃焼排ガスと組み合わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素除去流れが、そのＮＯｘ含量を減らすためにその膨張前又は後に処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素除去流れが、その一酸化炭素含量を減らすためにその膨張前又は後に処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記二酸化炭素除去流れが、前記水分を多く含んだ吸着剤と接触する前に膨張する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
二酸化炭素を回収する方法であって、
（Ａ）酸素燃焼によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップと、
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップと、
（Ｃ）該乾燥された気体状の供給流れを、大気温度以下の回収プロセスに供するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップと、
（Ｄ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れとに分離するステップと、
（Ｅ）該二酸化炭素除去流れを膨張させて、膨張した二酸化炭素除去流れを形成するステップと、
（Ｆ）該水分を多く含んだ吸着剤を窒素流れと接触させることにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させ、次に該吸着剤を該膨張した二酸化炭素除去流れと接触させることにより、該吸着剤から窒素を除去し、次に該二酸化炭素除去流れを該吸着剤から分離するステップと、
（Ｇ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップと
を含む上記方法。
【請求項８】
二酸化炭素を回収する方法であって、
（Ａ）酸素燃焼によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップと、
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップと、
（Ｃ）該乾燥された気体状の供給流れを、大気温度以下での回収プロセスに供するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップと、
（Ｄ）該水分を多く含んだ吸着剤を該排気流れと接触させることにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させて、水分を多く含んだ排気流れを形成し、次に該水分を多く含んだ排気流れを該吸着剤から分離するステップと、
（Ｅ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れとに分離するステップと、
（Ｆ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップと
を含む上記方法。
【請求項９】
（Ａ）二酸化炭素含有ガスを圧縮して、圧縮された二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する圧縮器装置と、
（Ｂ）該圧縮された二酸化炭素含有流れを受容するように圧縮用の該装置に連結し、かつ、該圧縮された二酸化炭素含有流れの水分含量を低減して、乾燥した二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する乾燥器装置であって、分離装置（Ｄ）で生成された二酸化炭素除去流れと接触することにより、交互に水を吸着可能、水を脱着可能な水吸着剤を含む、１つ又は複数の床を備える上記乾燥器装置と、
（Ｃ）該乾燥した二酸化炭素含有流れを受容するように、該乾燥器装置に連結し、かつ、大気温度以下で処理することにより、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを、該乾燥した二酸化炭素含有流れから生成する能力を有する処理装置と、
（Ｄ）該排気流れを受容するように該処理装置に連結し、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、該排気流れから二酸化炭素に富んだ流れと、二酸化炭素除去流れとを生成する能力を有し、該二酸化炭素に富んだ流れを該圧縮器装置に搬送するように該圧縮器装置に連結し、かつ、該二酸化炭素除去流れが該乾燥器装置に搬送可能なように該乾燥器装置に連結した分離装置と
を備える二酸化炭素回収装置。
【請求項１０】
前記二酸化炭素除去流れを受容し、膨張させるために、前記分離装置に連結し、かつ、該膨張した二酸化炭素除去流れが、前記乾燥器装置に搬送可能なように、該分離装置に連結した膨張器装置を更に備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
（Ａ）二酸化炭素含有ガスを圧縮して、圧縮された二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する圧縮器装置と、
（Ｂ）該圧縮された二酸化炭素含有流れを受容するように圧縮用の該装置に連結し、該圧縮された二酸化炭素含有流れの水分含量を低減して、乾燥した二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する乾燥器装置であって、処理装置（Ｃ）からの排気流れと接触することにより、交互に水を吸着可能、水を脱着可能な水吸着剤を含む、１つ又は複数の床を備える上記乾燥器装置と、
（Ｃ）該乾燥した二酸化炭素含有流れを受容するように、該乾燥器装置に連結し、大気温度以下で処理することにより、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを、該乾燥した二酸化炭素含有流れから生成する能力を有する処理装置と、
（Ｄ）該排気流れを受容するように該乾燥器装置に連結し、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、該排気流れから二酸化炭素に富んだ流れと、二酸化炭素除去流れとを生成する能力を有し、かつ、該二酸化炭素に富んだ流れを、該圧縮器装置に搬送可能なように該圧縮器装置に連結した分離装置と
を含む二酸化炭素回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を含有する燃焼排ガス等の流れから二酸化炭素を回収することに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素燃焼（ｏｘｙｆｕｅｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）による燃焼排ガス等の流れからＣＯ２を除去するための多くのプロセスでは、ＣＯ２混合物の気液平衡限界に起因して、又はその他の制約に起因して、ＣＯ２の回収量は低い。回収されないＣＯ２は、いずれも排気流れとなり、大気に放出されることとなる。二酸化炭素含量の高い生成物流れでは、二酸化炭素の回収において、回収量を増加させることに関心が高まっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一態様は、下記ステップを含む二酸化炭素回収法である：
（Ａ）酸素燃焼（ｏｘｙ−ｆｕｅｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップ；
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ（ｍｏｉｓｔｕｒｅ−ｌａｄｅｎ）吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップ；
（Ｃ）該乾燥した気体状の供給流れを、大気温度以下（ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）での回収プロセスで処理するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップ；
（Ｄ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れ（ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ−ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ｓｔｒｅａｍ）とに分離するステップ；
（Ｅ）該水分を多く含んだ吸着剤を該二酸化炭素除去流れと接触させて、水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを形成することにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させ、次に該水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを、該吸着剤から分離するステップ；及び
（Ｆ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップ。
本発明の別の態様は、下記ステップを含む二酸化炭素回収法である：
（Ａ）酸素燃焼によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップ；
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップ；
（Ｃ）該乾燥された気体状の供給流れを、大気温度以下の回収プロセスに供するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、及び好ましくは、かかる膨張により得られる冷却のみを用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップ；
（Ｄ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れとに分離するステップ；
（Ｅ）該二酸化炭素除去流れを膨張させて、膨張した二酸化炭素除去流れを形成するステップ；
（Ｆ）該水分を多く含んだ吸着剤を該膨張した二酸化炭素除去流れと接触させて、水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを形成することにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させるステップと、次に該水分を多く含んだ二酸化炭素除去流れを、該吸着剤から分離するステップ；及び
（Ｇ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップ。
本発明のなおも別の態様は、下記ステップを含む二酸化炭素回収法である：
（Ａ）酸素燃焼によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含むステップ；
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップ；
（Ｃ）該乾燥された気体状の供給流れを、大気温度以下の回収プロセスに供するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップ；
（Ｄ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れとに分離するステップ；
（Ｅ）所望により、該二酸化炭素除去流れを膨張させて膨張した二酸化炭素除去流れを形成するステップ；
（Ｆ）該水分を多く含んだ吸着剤を窒素流れと接触させることにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させ、次に該吸着剤を該膨張した二酸化炭素除去流れと接触させることにより、該吸着剤から窒素を除去し、次に該二酸化炭素除去流れを該吸着剤から分離するステップ；及び
（Ｇ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップ。
本発明の別の態様は、下記ステップを含む二酸化炭素回収法である：
（Ａ）酸素燃焼によって生成した燃焼排ガスに二酸化炭素を添加することにより、二酸化炭素量が高められた供給ガスを提供するステップであって、該燃焼排ガスが、少なくとも二酸化炭素、水蒸気、ＮＯｘ、及び一酸化炭素を含み、該供給ガスが、水素を０．１体積％未満含む上記ステップ；
（Ｂ）該供給ガスを圧縮し、次に該圧縮された供給ガスを吸着剤と接触させて、水分を多く含んだ吸着剤と乾燥した気体状の供給流れとを形成することにより、該圧縮された供給ガスを乾燥するステップ；
（Ｃ）該乾燥された気体状の供給流れを、大気温度以下の回収プロセスに供するステップであって、該回収プロセスによって形成された、少なくとも１つの液体の二酸化炭素生成物流れを膨張させることにより得られる冷却を用いて、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを生成する上記ステップ；
（Ｄ）該水分を多く含んだ吸着剤を該排気流れと接触させることにより、該水分を多く含んだ吸着剤から水分を脱着させて、水分を多く含んだ排気流れを形成し、次に該水分を多く含んだ排気流れを該吸着剤から分離するステップ；
（Ｅ）該排気流れを、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、二酸化炭素に富んだ流れと二酸化炭素除去流れとに分離するステップ；及び
（Ｆ）該二酸化炭素に富んだ流れを、該燃焼排ガスと組み合わせて、該二酸化炭素量が高められた供給ガスを形成するステップ。
本発明の別の態様は、下記事項を含む二酸化炭素回収装置である：
（Ａ）二酸化炭素含有ガスを圧縮して、圧縮された二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する圧縮器装置；
（Ｂ）該圧縮された二酸化炭素含有流れを受容するように圧縮用の該装置に連結し、かつ、
該圧縮された二酸化炭素含有流れの水分含量を低減して、乾燥した二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する乾燥器装置であって、
分離装置（Ｄ）で生成した二酸化炭素除去流れと接触することにより、交互に水を吸着可能、水を脱着可能な水吸着剤を含む、１つ又は複数の床を備える上記乾燥器装置；
（Ｃ）該乾燥した二酸化炭素含有流れを受容するように、該乾燥器装置に連結し、かつ、
準大気温度で処理することにより、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを、該乾燥した二酸化炭素含有流れから生成する能力を有する処理装置；並びに、
（Ｄ）該排気流れを受容するように該処理装置に連結し、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、該排気流れから二酸化炭素に富んだ流れと、二酸化炭素除去流れとを生成する能力を有し、該二酸化炭素に富んだ流れを該圧縮器装置に搬送するように該圧縮器装置に連結し、かつ、該二酸化炭素除去流れを該乾燥器装置に搬送できるように該乾燥器装置に連結した分離装置。
本発明の更なる態様は、下記事項を含む二酸化炭素回収装置である：
（Ａ）二酸化炭素含有ガスを圧縮して、圧縮された二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する圧縮器装置；
（Ｂ）該圧縮された二酸化炭素含有流れを受容するように圧縮用の該装置に連結し、かつ、該圧縮された二酸化炭素含有流れの水分含量を低減して、乾燥した二酸化炭素含有流れを生成する能力を有する乾燥器装置であって、処理装置（Ｃ）からの排気流れと接触することにより、交互に水を吸着可能、水を脱着可能な水吸着剤を含む、１つ又は複数の床を備える乾燥器装置；
（Ｃ）該乾燥した二酸化炭素含有流れを受容するように、該乾燥器装置に連結し、かつ、大気温度以下で処理することにより、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素生成物流れと、少なくとも１つの気体状の二酸化炭素含有排気流れとを、該乾燥した二酸化炭素含有流れから生成する能力を有する処理装置；並びに、
（Ｄ）該排気流れを受容するように該乾燥器装置に連結し、圧力スイング吸着法により、又は物理吸収法若しくは化学吸収法により、該排気流れから二酸化炭素に富んだ流れと、二酸化炭素除去流れとを生成する能力を有し、かつ、該二酸化炭素に富んだ流れを、該圧縮器装置に搬送可能なように該圧縮器装置に連結した分離装置。
【０００４】
好ましくは、少なくとも１つの前記気体状の二酸化炭素生成物流れは、次に、別の場所に移送する際にパイプラインに送り込むのを容易にする等のために圧縮される。
【０００５】
また、好ましくは、前記二酸化炭素除去気流は、これに含まれるＮＯｘ及び一酸化炭素の含量を低減するために、加熱及び処理される。
【０００６】
本明細書の後続セクションに記載された様々な実施形態は、すべて本発明の態様を構成する。
【０００７】
本明細書で用いる場合、「酸素燃焼」とは、燃焼プロセスに、燃料を供給し、及び酸素含量が少なくとも８０体積％であるオキシダント流れを供給し、燃料を酸素と共に燃焼させることを意味し、好ましくは燃焼による気体生成物の少なくとも一部を燃焼プロセスにリサイクルするステップを備える。酸素燃焼プロセスは、ＣＯ２に富んだ燃焼排ガス流れを生み出す。
【０００８】
本明細書で用いる場合、「圧力スイング吸着法」とは、生成物、この場合は二酸化炭素、を第１の圧力で気体状の供給流れから固体吸着剤上に吸着し、吸着生成物が取り除かれた供給流れを除去し、次いで第１の圧力とは異なる第２の圧力で生成物を脱着することを意味する。本明細書で用いる場合、「真空圧力スイング吸着法（ＶＰＳＡ）」とは、第２の圧力が大気圧以下である圧力スイング吸着法を意味する。
【０００９】
本明細書で用いる場合、「物理吸収法」とは、供給流れから二酸化炭素を選択的に溶解する液体に、供給流れを通過させることにより、生成物、この場合は二酸化炭素、を気体状の供給流れから吸収させ、吸収された生成物が取り除かれた供給流れを除去し、次いで当該液体上の圧力を減じる、又は当該液体から二酸化炭素を抽出（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）する等により、当該液体から二酸化炭素を回収することを意味し、二酸化炭素を当該液体に吸収するステップには、二酸化炭素の化学反応が含まれない。
【００１０】
本明細書で用いる場合、「化学吸収法」とは、二酸化炭素が選択的に反応する成分を含む液体に、供給流れを通過させることにより、生成物、この場合は二酸化炭素、を気体状の供給流れから吸収させ、吸収された生成物が取り除かれた供給流れを除去し、次いで当該液体上の圧力を減じる、又は当該液体から二酸化炭素を抽出する等により、当該液体から二酸化炭素を回収することを意味し、二酸化炭素を当該液体に吸収するステップには、二酸化炭素と当該液体中の成分との化学反応が含まれる。
【００１１】
本明細書で用いる場合、「ＮＯｘ」とは、窒素酸化物を意味し、これにはＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、及びＮ３Ｏ４、並びに窒素酸化物の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
【００１２】
本明細書で用いる場合、「ＳＯｘ」とは、ＳＯ２、ＳＯ３、及びこれらの混合物を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に基づく方法の一実施形態を酸素燃焼システムに組み込んだ状態を示す図である。
【図２】本発明に基づく方法の別の実施形態を酸素燃焼システムに組み込んだ状態を示す図である。
【図３】本発明に基づく方法の別の実施形態を酸素燃焼システムに組み込んだ状態を示す図である。
【図４】本発明に基づく方法の別の実施形態を酸素燃焼システムに組み込んだ状態を示す図である。
【図５】本発明の方法で有用な乾燥器ユニットの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明の方法で有用な乾燥器ユニットの別の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の方法で有用な大気温度以下（ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）での処理ユニットの一実施形態を示す図である。
【図８】本発明の方法で有用な大気温度以下での処理ユニットの別の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の方法で有用な大気温度以下での処理ユニットの別の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の方法で有用な大気温度以下での処理ユニットの別の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の方法で有用な大気温度以下での処理の別の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の方法で有用な大気温度以下での処理の別の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明で有用な、６個の床、３つの圧力平衡化ステップ、及び減圧床を流通するフローを備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関するサイクルステップチャート（ｃｙｃｌｅ  ｓｔｅｐ  ｃｈａｒｔ）である。
【図１４】図１３のＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する概略図である。
【図１５】図１３及び１４に示すＣＯ２  ＶＰＳＡユニットを作動させるためのバルブシーケンス（ｖａｌｖｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を表わす図である。
【図１６】本発明で有用な、５個の床、２つの圧力平衡化ステップ、及び減圧床を流通するフローを備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する、別のサイクルステップチャートを示す図である。
【図１７】本発明で有用な、７個の床、３つの圧力平衡化ステップ、及び減圧床を流通するフローを備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する、もう一つ別のサイクルステップチャートを示す図である。
【図１８】本発明で有用な、６個の床、３つの圧力平衡化ステップ、及び直接混合工程を備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する、更に別のサイクルステップを示す図である。
【図１９】図１８のＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する概略図である。
【図２０】図１８及び１９に示すＣＯ２  ＶＰＳＡユニットを作動させるためのバルブシーケンスを表わす図である。
【図２１】本発明で有用な、５個の床、２つの圧力平衡化ステップ、及び直接混合工程を備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関する、なおも別のサイクルステップチャートを示す図である。
【図２２】本発明で有用な、８個の床、２つの圧力平衡化ステップ、及び直接混合工程を備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関するなおも別のサイクルステップチャートを示す図であり、このユニットでは、２個の床が継続的に供給状態に、及び少なくとも２個の床が継続的に減圧状態にある。
【図２３】本発明で有用な、１１個の床、２つの圧力平衡化ステップ、及び直接混合工程を備えるＣＯ２  ＶＰＳＡユニットに関するなおも別のサイクルステップチャートを示す図であり、このユニットでは、３個の床が継続的に供給状態に、及び２個の床が継続的に減圧状態にある。
【図２４】本発明に基づく方法の別の実施形態を酸素燃焼システムに組み込んだ状態を示す図であり、吸着法を採用している。
【図２５】本発明の方法で、吸着を用いる際に有用なプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照すると、オキシダント（ｏｘｉｄａｎｔ）流れ２、及び燃焼排ガスリサイクル流れ８は混合されて、オキシダント供給流れ３が生成する。オキシダント流れ２は、好ましくは酸素を少なくとも８０体積％、また好ましくは酸素を少なくとも９０体積％含む。
【００１５】
燃料１及びオキシダント供給流れ３は、ボイラー１０に供給され、ボイラー１０内で燃焼する。好ましい燃料は粉炭である。使用可能なその他の燃料として、燃焼可能な（好ましくは炭化水素系の）固体、液体、及び気体、例えばバイオマス、コークス、燃料油、及び天然ガス、コークス炉ガスが挙げられる。酸素燃焼プロセスの目的は多様であり得、すなわち、プロセスの液体又は材料の直接加熱、プロセスで用いられる蒸気の生成、又は発電用の蒸気の製造であり得る。図１に示す実施形態では、燃料１をオキシダント供給流れ３中の酸素と共に燃焼させることにより放出された熱エネルギーは、好ましくは複数の圧力条件で蒸気を生成するのに利用可能で、蒸気タービン１４中で膨張して力１５を生成する蒸気の流れ１１として示す通りである。膨張した流れ１２は、凝縮後ボイラー１０に戻される。
【００１６】
ボイラーからの燃焼排ガス７は、燃焼排ガスリサイクル流れ８と燃焼排ガス供給流れ１６の２つの流れに分離される。燃焼排ガス供給流れ１６は、一般的に大気圧力（ａｍｂｉｅｎｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）であり、その温度は２００〜４００°Ｆである。流れ１６中のガスは、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２、アルゴン、一酸化炭素（ＣＯ）、ＳＯｘ、ＮＯｘ、及びその他の微量不純物を含む。水素は存在したとしても、供給流れ中に０．１体積％以下しか含まれない。流れ１６は、冷却水若しくはフィン−ファン式冷却器を用いた間接冷却、又は急冷水との直接接触のいずれかの方法により、冷却器２０内で大気温度まで冷却される。凝縮水２７は、いずれも相分離器２５内で燃焼排ガス流れから分離される。
【００１７】
冷却された燃焼排ガス１８は、リサイクルされたＣＯ２に富んだ流れ１９と混合されて、ＣＯ２量が高められた供給流れ２１を形成する。かかる供給流れ２１は、例えば多段式圧縮器３０（一般的には中間冷却器（単数又は複数）及び凝縮水用のノックアウトドラム（単数又は複数）を含む）内で、１５０〜８００ｐｓｉａの圧力、好ましくは３００〜５００ｐｓｉａの圧力まで圧縮される。圧縮された供給流れ３２は、好ましくは冷却器ユニット３５内で、一般的に４０〜１２０°Ｆの温度まで冷却される。ユニット３５は、６０〜１２０°Ｆの温度範囲を実現するのに冷却水若しくは空気を利用でき、又は４０〜７０°Ｆの温度範囲を実現するのに、冷却水若しくは空気を冷水と併用して利用できる。次に、当該流れはユニット４０を通過するが、かかるユニットは、例えばドラム型分離器又は相分離器であり得、この中で液体の水からなる流れ４５は、気体流れから除去、分離される。
【００１８】
圧縮、冷却された供給流れ４８は、次に、乾燥器ユニット５０に導入され、供給流れ中の水分含量は、２０ｐｐｍ未満、好ましくは５ｐｐｍ未満、更により好ましくは１ｐｐｍ未満まで低下する。当該乾燥器ユニット５０は、好ましくは水蒸気用の吸着剤を含む２つ以上の床を備えるが、これらの床の一部は、供給流れから水蒸気を除去するために、任意の所定時間において利用され、その間にその他の床は再生される（すなわち、吸着された水蒸気は、当該吸着剤から除去されることを意味する）。
【００１９】
乾燥
下記のＶＰＳＡユニット７０からのＣＯ２除去流れ７２は、乾燥器床用の再生ガスとして利用される。
【００２０】
乾燥器ユニットの一実施形態を図５に示す。ここでは、アルミナ又はモレキュラーシーブ等の水蒸気用の吸着剤を含む、少なくとも３つの床が用いられる。１つの床が、供給流れ４８から常に水分を取り除き、乾燥した供給流れ５２を生成している。第２の床は、床から水分を取り除くための流れ８２によって再生される。本明細書に記載する他の実施形態では、場合によっては、流れ７２又は６８が用いられるが、そのような場合であってもここでは流れ８２とする。最初の再生ステップにおいては、流れ８２はヒーター９２内で加熱され、次に再生対象となる床を加熱するために供給され、次いで床が加熱された後、流れ８２はヒーター９２を迂回して前記床に直接搬送される。流れ８２によって再生された第３の床は、ＣＯ２に富んだ流れ１９によって更に再生される（図４にも示すように）。次に、かかる第３の床からの流れ２３は、次にリサイクルされ、供給流れ１８と混合される。２〜２４時間の任意の時間間隔を置いた後、床に供給される流れは、流れ４８があった床が、流れ８２を受容し、流れ８２によって再生された床が、流れ１９を受容し、流れ１９によって再生された床が、今度は流れ４８を受容するように切り替えられる。
【００２１】
図６を参照すると、図５に示す構成についても適用可能な、乾燥器５０の別の実施形態が詳細に図示されている。この実施形態では、乾燥器５０は、水蒸気用の吸着剤、例えばアルミナを含む、２つの床１００及び１０４を備える。床１００がオンライン状態にあり、供給流れ４８に含まれる水分を吸着する場合には、バルブ１０６及び１０８が開放される。バルブ１１０、１１２、１２８、及び１３０は閉鎖状態にある。
【００２２】
この時、床１０４は再生状態となり、そのために、床１０４は、減圧状態に置かれ、以前吸着していた水分を脱着するために加熱され、冷却され、次いで床１０４をオンラインに戻して吸着を再開するように再加圧される。除圧時には、乾燥器迂回バルブ１１４は開放位置に設定され、再生に用いられる流れ８２（又は、他の実施形態では流れ７２若しくは６８）は、床１０４を迂回し、冷却器１１９内で所望により冷却された後、大気に排気される。バルブ１１６は、床１０４が除圧可能となるように開放位置に設定される。床１０４を除圧した後、バルブ１１４は閉鎖され、バルブ１１６、１１７、及び１１８は開放されて、流れ８２を、約３００°Ｆ〜６００°Ｆの間の温度となるまで加熱するように、流れ８２がヒーター９２を通過し、次に床１０４を通過し、所望により冷却器１１９を通過した後、大気に放出されるのを可能にする。こうして、床１０４内の吸着剤から水分が脱着される。
【００２３】
次に、床１０４は、ヒーター迂回バルブ１２６を開放し、再生バルブ１１８を閉鎖することにより冷却される。冷却後、ヒーター迂回バルブ１２６及びバルブ１１６、及び１１７は閉鎖され、また乾燥器迂回バルブ１１４は開放される。この時、バルブ１２８は少しだけ開かれ（ｃｒａｃｋｅｄ  ｏｐｅｎ）、再加圧を目的として供給流れ４８の一部が床１０４に流入できるようにする。床１０４が再加圧されたら、バルブ１０６及び１０８は閉鎖され、バルブ１２８及び１３０は開放されて、床１０４がオンライン状態に戻り、また床１００が、床１０４について本明細書で記載したのと同様の方法で、但し、バルブ１１０及び１１２を用いて再生されるのを可能にする。当該プロセスは連続フローを可能にするために連続的である。
【００２４】
場合によっては、ユニット５０内の乾燥器床について望ましい再生をすべて実現するのに、ＣＯ２除去流れ８２（他の実施形態では流れ７２又は６８）が十分量なくても可能である。この場合、ＣＯ２に富んだ流れ１９及びユニット７０からのＣＯ２除去流れ７２の両方を、乾燥器の床から水を脱着するための再生ガスとして利用するように、ユニット５０に供給することができる。かかる実施形態を図４に示す。
【００２５】
ＣＯ２除去流れ８２、７２、又は６８に由来する利用可能なガスの量が、乾燥器床から水を完全に脱着するのに不十分な場合には、別の解決策として、例えば、ボイラー１０内で酸素燃焼を行わせるために流れ２に酸素を供給する空気分離ユニットから得られる窒素流れの利用が挙げられる。乾燥器床の再生の間、当該床から水分を除去する際に利用するため窒素を最初に供給することも可能であり、次に当該床から窒素を除去するために流れ８２を利用することも可能である。
【００２６】
乾燥器ユニット５０からの乾燥流れ５２は、所望により、しかし好ましくはステージ５４を通過し、その中で、当技術分野で公知の任意の技術、例えば活性炭への吸着等により、水銀が流れから取り除かれる。
【００２７】
大気温度以下での処理
乾燥した供給流れ５２は、ＣＯ２からＯ２、Ｎ２、及びアルゴン、並びに存在する場合にはＮＯｘ及びＣＯを分離するために、ステージ６０に供給される。好ましくは、かかるステージで用いられるプロセスでは、大気温度以下での処理が採用され、例えば、分縮（ｐａｒｔｉａｌ  ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）とこれに続く蒸留、分縮とこれに続く相分離、第１の分縮とこれに続く相分離、及びこれに続く第１の分縮から得られた気体流れの更なる分縮とこれに続く更なる相分離等の処理が採用される。
【００２８】
好ましい大気温度以下でのプロセスを、図７〜１２に示す。最初に図７〜１０を参照すると、乾燥した供給流れ５２は、主要な熱交換器１２４に導入され、この中で部分的に冷却され、次いで、沸騰状態を生み出し又は蒸留カラム２２８内で上行気体相を引き起こすように機能するリボイラー２２６に導入される。次に、乾燥した供給流れ５２は、再び主要な熱交換器１２４に導入され、この中で完全に冷却されて、流れ５２中の二酸化炭素は少なくとも部分的に液化する。次に流れ５２は、膨張バルブ２３０によってカラム２２８に導入されて、かかるカラム内で下行液体相を引き起こす。
【００２９】
当技術分野で周知の方法では、カラム２２８は、充填物を通って上方に向かって流れる上行気体相を液相の下行液体流と接触させるような構造充填物（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｐａｃｋｉｎｇ）を有するのが好ましい。当技術分野で公知のその他の気体−液体接触要素として、多孔板（ｓｉｅｖｅ  ｔｒａｙ）等が利用され得る。接触すると、下行きの液体相は常に、二酸化炭素に富む揮発性の低い成分となり、また上行気体相は常に、二酸化炭素よりも揮発性の高い不純物に富むようになる。カラム２２８は、二酸化炭素が薄いカラムオーバーヘッド流れ２３１、及び二酸化炭素に富んだ液体のカラムボトム流れ２２４を生成する。
【００３０】
カラム２２８からのカラムオーバーヘッド流れ２３１は、次にオーバーヘッド流れ２３１に含まれる二酸化炭素が少なくとも部分的に液化するように、補助熱交換器２３２を通過する。二酸化炭素オーバーヘッド流れ２３１は、次に相分離器２３４を通過し、二酸化炭素が除去された蒸気流れ６８及び二酸化炭素に富んだ液体の流れ２３８を生成する。二酸化炭素に富んだ液体の流れ２３８は、膨張バルブ２４０により膨張する。バルブ４０により膨張すると、二酸化炭素オーバーヘッド流れ２３１を部分的に液化する冷却がもたらされる。膨張した流れ２３８及び流れ６８は補助熱交換器２３２及び主要な熱交換器１２４を通過する。
【００３１】
流れ６８は、本明細書に記載するステージ７０に搬送される。
【００３２】
主要な熱交換器１２４を通過した後の流れ２３８は、流れ６８と混合してステージ７０に供給してもよく、又は流れ２３８は、圧縮器３０の適当な段階の流入口にリサイクルしてもよい（図示せず）。
【００３３】
液体の二酸化炭素生成物流れ２４４は、カラム２２８から抽出可能で、これは二酸化炭素に富んだ液体のカラムボトム（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｏｌｕｍｎ  ｂｏｔｔｏｍｓ）からなる。当該二酸化炭素生成物流れ２４４は、次に膨張バルブ２４６内で膨張してプロセスで用いる冷却を生み出すことができ、またその後、主要な熱交換器１２４内で気化し、生成物圧縮器９５内で圧縮されて、二酸化炭素生成物として圧縮された二酸化炭素流れ１００を生成することができる。生成物圧縮器９５は、中間冷却を備えた多段式圧縮器であり得る。
【００３４】
図８に示す実施形態では、二酸化炭素生成物流れ２４４は、全部が同じ圧力で膨張するわけではなく、分割流れ２５２及び２５４に分割され、そして少なくとも分割流れ２５２は、膨張バルブ２５６を用いることによって流れ２５４が膨張する圧力よりも低い圧力に膨張する。流れ２５２及び２５４は、膨張バルブ２５６及び２５８をそれぞれ用いることにより、それぞれの膨張圧力で膨張し、その目的を果たすのにこれらのバルブは異なる開口部（ｏｒｉｆｉｃｅ）を有する。次に、分割流れ２５２及び２５４は共に、主要な熱交換器１２４内で気化する。その結果生じたより低い圧力の分割流れ６２は、生成物圧縮器９５の流入口に導入される。より高い圧力の分割流れ６４は、生成物圧縮器９５の中間段階に導入される。圧縮された生成物流れ１００は、圧縮器９５から回収される。
【００３５】
図９に示す実施形態では、カラムオーバーヘッド流れ２３１は、単純に主要な熱交換器１２４内を通過させて良い。これにより、カラムオーバーヘッド流れ２３１に起因する冷却を回収する。
【００３６】
図１０に示す実施形態では、バルブ２３０により膨張した後の供給流れ５２は、相分離器２６０に導入されて、気相流れ２６２及び液相流れ２６４を生成する。液相流れ２６４は、カラム２２８に導入されて、二酸化炭素含有カラムボトム２４４及び気相流れ２３１を生成するが、気相流れ２３１は、流れ２６２と組み合わせ可能であり、図７において記載した本発明の実施形態と関連付けて記載されるような、補助熱交換器２３２を通過することができる。相分離器２６０は、本発明の任意の実施形態で利用可能であろう。
【００３７】
図１１は、分縮（ｐａｒｔｉａｌ  ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）とこれに続く１段階の相分離に基づく、大気温度以下での処理の別の構成を示している。供給流れ５２は、熱交換器１２４内で冷却流れが暖められることに対応して冷却される。供給流れ５２は、０°Ｆ〜−７０°Ｆに冷却されて、部分的に凝縮し、次に相分離器１２９に供給される。９０％を超える純度（容積率で）、好ましくは９５％を超える純度のＣＯ２生成物流れは、液体流れ１４５として取り出される。相分離器１２９からのＣＯ２が薄い流れは、気体状の流れ１６１として回収される。液体流れ１４５は、少なくとも１つの膨張バルブ２５６により膨張する。流れ１４５を、２つの分離された流れ２５２及び２５４に分割し、２つの膨張バルブ２５６及び２５８によって異なる２つの圧力で膨張させることは有利であろう。ＣＯ２液体生成物が膨張する圧力は、通常、大気温度以下での処理ユニットへの供給（ｆｅｅｄ）５２の圧力よりも５０〜３００ｐｓｉａ低い。得られた膨張後のＣＯ２生成物流れ６２及び６４、並びに気体状の流れ１６１は、熱交換器１２４により加温される。次に、ＣＯ２が低下した流れ６８は、ユニット７０内の吸着剤又は吸収剤に基づく分離器に供給される。ＣＯ２生成物流れ６２及び６４は、本明細書に記載するように圧縮及び回収してもよい。
【００３８】
図１２は、大気温度以下での処理の別の実施形態を示しており、そこでは２段階の相分離が分縮に続く。供給流れ５２は、最初に熱交換器１２４内で０°Ｆ〜−４０°Ｆまで冷却されて分縮を引き起こし、次に相分離器１２９に供給される。最初のＣＯ２生成物は、液体流れ１５３として回収され、そして膨張バルブ２５６により膨張する。相分離器１２９からの蒸気流れ１６１は、別の熱交換器２６４内で−２０°Ｆ〜−７０°Ｆまで更に冷却されて部分的に凝縮する。部分的に凝縮した流れ１６１は、次に別の相分離器１３９に供給される。第２の生成物ＣＯ２流れは、液体流れ１５５として回収され、これは膨張バルブ２５８により膨張する。更に、ＣＯ２が除去された蒸気流れ１６３は、相分離器１３９から回収される。膨張後の第２のＣＯ２生成物流れ１５５、及び蒸気流れ１６３は、熱交換器２６４及び１２４によって加温され、また膨張後の最初のＣＯ２生成物流れ１５３は、熱交換器１２４により加温される。ＣＯ２が低下した流れ６８、及び２つのＣＯ２生成物流れ６２及び６４は、本明細書に記載するように更に処理される。
【００３９】
精製されたＣＯ２は、１つの流れ、又は同一の圧力、若しくは異なる２つの圧力であり得る２つの流れ、例えば、流れ６２及び６４等について、大気温度以下で処理することにより得られる。精製された１つのＣＯ２流れ、又は複数の流れは、望むのであれば、例えば多段式圧縮器９５内で、５００〜３０００ｐｓｉａまで、好ましくは１５００〜２５００ｐｓｉａまで圧縮可能である。パイプライン輸送、又はその他の流れの配置（ｄｅｓｐｏｓｉｔｉｏｎ）においては、かかる圧縮を行うのが望ましい。ＣＯ２の純度は、一般的に９５％よりも高い。大気温度以下でのプロセスを用いて、流れ５２に含まれるＣＯ２の６０〜９３％が、流れ１００内の生成物ＣＯ２として回収される。回収量は、流れ５２中のＣＯ２濃度に依存する。残りのＣＯ２は排気流れ６８に含まれ、これは、通常供給流れ５２の圧力に近い圧力にある。排気流れ６８に含まれるＣＯ２濃度は、通常２５〜４０％の範囲にある。
【００４０】
流れ６８又は６９の処理
図１〜４に示すように、流れ６８は、次にユニット７０に供給され、そこで吸着、物理吸収、又は化学吸収により更に分離される。ユニット７０は、１５〜２０ｐｓｉａのＣＯ２に富んだ流れ１９、及びユニット７０に供給された流れ６８の圧力を実質的に有するＣＯ２除去流れ７２を生成する。流れ７２は、好ましくはヒーター７６内で３００〜７００°Ｆに加熱され、次に膨張器８０内で１５〜２０ｐｓｉａに膨張してパワーを回復する。加熱された流れ７８の温度は、膨張後に、膨張した流れの温度が流れ４８の温度（４０〜１２０°Ｆ）に近くなるのが好ましい。膨張した流れ８２は、吸着剤床再生ガスとして乾燥器ユニット５０内で用いられる。乾燥器ユニットからの水分を多く含む流れ９０は、大気に排気される。
【００４１】
或いは、流れ７２は、これが乾燥器床を再生するための乾燥器ユニット５０を通過する前よりはむしろ後にヒーター７６内で加熱され、膨張器８０内で膨張する。かかる別の実施形態を図２に示すが、ここでは、ユニット７０からの流れ７２は、乾燥器床を再生するための乾燥器ユニット５０を通過し、流れ７５としてユニット５０から流出して、ヒーター７６内で３００〜７００°Ｆに加熱された加熱流れ７８を形成するが、次にこれは、膨張器８０内で１５〜２０ｐｓｉａに膨張してパワーを回収する。
【００４２】
ＣＯ２に富んだ流れ１９は、リサイクルされ、ボイラー１０からの燃焼排ガスと混合される。排気流れ６８から得られた追加のＣＯ２をユニット７０内で処理することにより回収し、これをリサイクルすることにより、全体的なＣＯ２回収率を９６〜９９％の範囲まで高めることができる。従って、生成物流れ１００は、燃焼排ガス流れ１８に含まれるＣＯ２の９６％〜９９％を含む。
【００４３】
吸着
この実施形態では、排気流れ６８は、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）ユニット７０に搬送される。ＶＰＳＡユニットは、ＣＯ２を選択的に吸着する吸着剤を含む複数の床を備える。ＶＰＳＡユニットは、１５〜２０ｐｓｉａのＣＯ２に富んだ流れ１９、及びＶＰＳＡに供給された流れ６８の圧力を実質的に有するＣＯ２除去流れ７２を生成する。流れ７２は、好ましくはヒーター７６内で３００〜７００°Ｆに加熱され、次に膨張器８０内で１５〜２０ｐｓｉａに膨張してパワーを回収する。加熱された流れ７８の温度は、膨張後に、膨張した流れの温度が流れ４８の温度（４０〜１２０°Ｆ）に近くなるのが好ましい。膨張した流れ８２は、吸着剤床再生ガスとして乾燥器ユニット５０内で用いられる。乾燥器ユニットからの水分を多く含む流れ９０は、大気に排気される。
【００４４】
ＣＯ２濃度は、ユニット７０内で複数回の除圧を経て高められた後、これは、更に圧力を低下させることにより、ＣＯ２生成物を生成するのに利用可能である。吸着剤の種類によっては、高圧から低圧に除圧することにより、吸着剤床内のＣＯ２濃度は高められる。プロセス内のかかるステップは、従来技術で記載されているいくつかのプロセスステップを省略するのに利用可能である。その結果、回転機構を有するいくつかのピース（例えば、洗浄用圧縮器、パージ用圧縮器、リサイクル用圧縮機）、及び関連する電源を省略することができ、従って、操作性を強化し、また効率を改善するプロセス及びシステムがもたらされる。
【００４５】
ＶＰＳＡステージ７０の一実施形態では、プロセスは減圧床を流通するフローを提供する（例えば、図１３〜１７を参照）。フロースルー型の実施形態（ｆｌｏｗ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）は、様々な数の床と圧力平衡化ステップを用いて実現可能である。例えば、減圧床を流通するフローは、６個の床と３つの圧力平衡化ステップとを用いて実現可能である（図１３〜１７）。或いは、減圧床を流通するフローは、５個の床と２つの圧力平衡化ステップ（図１６）、又は７個の床と３つの圧力平衡化ステップ（図１７）とを用いて実現可能である。上記プロセスの任意の期間中の任意の時刻において、当該床は下記ステップ分類の１つに該当する：供給、除圧、減圧、圧力平衡化、及び再加圧。更に、パージステップを図１７に示す実施形態のサイクルに含めることができる。
【００４６】
別の代替的な実施形態では、最終の除圧ステップ（ＤＰｆ）期間中に生成したＣＯ２生成物は、減圧状態にある別の床を通過しない。むしろ、かかる流れは、減圧床からの流れと直接混合される。１つの好ましい、及び典型的な実施形態では、これは、６個の床と３つの圧力平衡化ステップとを有するＣＯ２  ＶＰＳＡユニットによって実現可能である（図１８〜２０）。他の実施形態では、これは、５個の床と２つの圧力平衡化ステップとを有するＣＯ２  ＶＰＳＡユニットを用いることによって実現可能である（図２１）。上記プロセスの任意の期間中の任意の時刻において、当該床は下記ステップ分類の１つに該当する：供給、除圧、減圧、圧力平衡化、及び再加圧。
【００４７】
フロースルーと直接混合との組合せも利用可能である。かかる実施形態では、除圧ステップ（ＤＰｆ）の間に生成した流れの一部は、減圧状態にある床を流通し、また残りの部分は減圧状態にある床から流出する流れと直接混合される。
【００４８】
プラント能力を増強させるのが望ましい実施形態では、図２２及び２３に示す実施形態を利用することができる。より具体的には、図２２は、本発明の実施形態に関するサイクルステップチャートを示しているが、ここでは、２つの圧力平衡化ステップと８個の床とが直接混合と共に用いられる。かかる実施形態では、２個の床は継続して供給状態にあり、また少なくとも２個の床は継続して減圧状態にある。かかる構成は、プラント能力の増強を可能にするものと期待される。図２３は、本発明の実施形態に関するサイクルステップチャートを示しているが、ここでは、２つの圧力平衡化ステップと１１個の床とが直接混合と共に用いられる。かかる実施形態では、３個の床は継続して供給状態にあり、また２個の床は継続して減圧状態にある。かかる構成も、プラント能力の増強を可能にするものと期待される。上記プロセスの任意の期間中の任意の時刻において、当該床は下記ステップ分類の１つに該当する：供給、除圧、減圧、圧力平衡化、及び再加圧。
【００４９】
いかなる実施形態においても、各床には、好ましくは少なくとも２つの吸着剤の層が充填されている。床内の供給側端部に面した吸着剤の層（すなわち水に選択的（ｗａｔｅｒ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）な吸着剤の層）の種類とサイズは、残留水分がいずれも、主要な（すなわちＣＯ２選択的（ＣＯ２−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ））吸着剤層の性能を損なわないように、供給流れ中の水分を除去するために選択される。また、水に選択的な吸着剤の層は、不純物が存在している程度まで、不純物（例えば、微量の硫黄、又は分子量が大きい炭化水素化合物）を供給流れから除去する能力も有するのが好ましい。主要な、第２の吸着剤層（すなわちＣＯ２に選択的な吸着剤の層）は、十分な水分が除去された後に、供給流れからＣＯ２を選択的に吸着するのに用いられる。
【００５０】
第１の吸着剤層（すなわち、水に選択的な吸着剤の層）の場合、活性アルミナ、シリカゲル、又はゼオライトモレキュラーシーブ等の吸着剤が好ましい。かかる吸着剤は、例示目的であり、十分な水分を除去する能力を有するその他の吸着剤も、本発明に基づく使用に適する。かかる吸着剤（単数又は複数）の好ましい特性として、高い破砕強度能力、高い耐摩耗性、高いかさ密度、低い粒子間空隙率、高い熱容量、高い熱伝導率、低い圧力損失、及び液体水中での安定性、が挙げられる。
【００５１】
水に選択的な吸着剤層に続く、主要な吸着剤層（すなわち、ＣＯ２に選択的な吸着剤の層）は、下記の特性を有するのが好ましい：高い選択性、高い仕事能（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｃａｐａｃｉｔｙ）、速い反応速度（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）、及び低い吸着熱。かかる吸着剤の典型例として、ＮａＹ、ＨＹ、ＮａＸ、シリカゲル、及び活性炭が挙げられるが、但し、これらに限定されない。主要な吸着剤層（すなわち、ＣＯ２に選択的な吸着剤の層）のその他の望ましい物理特性として下記事項が挙げられる：高い破砕強度、高い耐摩耗性、高いかさ密度、低い粒子間空隙率、高い熱容量、高い熱伝導率、及び供給ステップ及び減圧ステップ時における低い圧力損失。
【００５２】
当業者は、吸着剤特性が満たされる限り、両方の吸着剤を含む複合型混合層を、本発明で利用可能であると理解するであろう。
【００５３】
ここで図１３〜１５を参照すると、濃縮したＣＯ２を生成するように、６個の床（Ａ１〜Ａ６）を有し、減圧床を流通するフローを伴う１０のステップを用いる本発明の第１の実施形態が示されている。プロセスステップには、下記が含まれる：
１．供給ステップ
約１００〜５００ｐｓｉａの間（例えば、約３７５ｐｓｉａ）の高圧状態の二酸化炭素含有供給流れ６８が、ＣＯ２  ＰＳＡユニットに供給される。事前に設定した時刻、又は供給流れ６８を保持する床がＣＯ２破過（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）に達した後、供給ステップは終了する。
２．並流（Ｃｏ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）（ＣｏＣ）除圧１（ＤＰ１）
供給ステップを終了したＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、現在は高い供給圧力（例えば、１００〜５００ｐｓｉａ）の状態にあるが、これは、供給フローと同一（図１３に示す）又は反対（図１３に示さず）の方向に、中程度の圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）まで除圧される。
３．並流（ＣｏＣ）除圧２（ＤＰ２）
現在、中程度のある圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１３に示す）又は反対（図１３に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
４．並流（ＣｏＣ）除圧３（ＤＰ３）
現在、中程度のある圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１３に示す）又は反対（図１３に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、５０〜２００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
５．最終除圧（ＤＰｆ）
現在、ステップ４開始時の圧力より低い圧力（約５０〜２００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１３に示す）及び／又は反対（図１３に示さず）の方向に、大気圧力に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
図１３の矢印によって示すように（すなわち、ＤＰｆから減圧状態の床に向かう矢印）、かかるステップ（ＤＰｆ）からの流れは、減圧状態の床（例えば、図１３では、各サイクルステップについて、床１→床６、床２→床１、床３→床２、床４→床３、床５→床４、又は床６→床５）を流通する。
６．減圧
現在、周囲圧力（約２０ｐｓｉａ）に近い圧力にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１３に示さず）又は反対（図１３に示す）の方向に、事前に設定された低い圧力、すなわち大気圧以下（Ｓｕｂａｍｂｉｅｎｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（約１〜１２ｐｓｉａ）まで減圧される。図１３に示し、上記ステップ５（ＤＰｆ）の説明で概説したように、かかる床は、ＤＰｆステップにある別の床からガスを受容する。減圧状態の床からのガスは、ＣＯ２生成物流れを構成する。
７．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化３（ＰＥ３）
減圧床では、今度は、供給フローと同一（図１３に示さず）又は反対（図１３に示す）の方向に、ステップ４（ＤＰ３）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約５０〜２００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ４からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
８．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化２（ＰＥ２）
ステップ７で圧力の平衡化が実施された床では、今度は、供給フローと同一（図１３に示さず）又は反対（図１３に示す）の方向に、ステップ３（ＤＰ２）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約６０〜３００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ３からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
９．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化１（ＰＥ１）
ステップ８で圧力の平衡化が実施された床では、供給フローと同一（図１３に示さず）又は反対（図１３に示す）の方向に、ステップ２（ＤＰ１）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約８０〜４００ｐｓｉａまで）、更に圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ２からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を更に増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
１０．再加圧（ＦｅＲＰ）
圧力平衡化床は、供給ガスにより、又はステップ１の別の床から生成した流出物（すなわち供給流出物）の一部のいずれかにより、供給圧力（１００〜５００ｐｓｉａ）まで再加圧される。供給圧力まで再加圧した後、かかる床は、いつでもステップ１に戻れる状態となる。
【００５４】
上記１０個のステップからなるプロセスは、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット内の１つの床の１つのサイクルに関する。減圧床の実施形態を流通する、かかるフローに関する上記１０のステップは、ユニット内の他の床が、ステップ１を起点として流入（ｆｅｅｄ−ｉｎｔｏ）及び流出（ｆｅｅｄ−ｅｆｆｌｕｅｎｔ）が連続的となるように、循環方式で実施される。更に、減圧ステップ（番号６）は、連続的であるように設計されている。こうすることにより、真空ポンプが連続的に稼働すること、及びＣＯ２  ＶＰＳＡユニットへの流入が中断されないことを保証する。重要なプロセスステップの連続性を維持するために、６個の吸着剤床が上記実施形態で用いられる。
【００５５】
図１３に示したサイクルに関連する、典型的な関連ハードウェアとＣＯ２  ＶＰＳＡプロセスのフローの図を図１４に示す。図１４の様々なバルブは、本明細書で上記する６個の床からなるプロセス内の１０のステップを実施するために、図１５に示す方式で作動可能である。各圧力及び各ステップ時間は、例示目的に過ぎないことを理解すべきである。当業者は、各圧力と各ステップ時間とのその他の組合せも利用可能であることを理解するであろう。
【００５６】
上記より理解し得るように、本発明は、このように床内のＣＯ２濃度を高めるために、少なくとも１つのＣＯ２選択性吸着剤を高圧から低圧に除圧することに基づく。ＣＯ２濃度が高められた後、更に圧力を低下させることにより、本発明はＣＯ２生成物を生成する。これは、吸着剤によっては、高圧から低圧に圧力を低下させることにより、吸着剤に吸着されるＣＯ２濃度は上昇するという認識に基づき可能となる。
【００５７】
図１３〜１５で示し、記載するような実施形態では、最終的な除圧（ステップ番号５、ＤＰｆ）期間中に生成したガスは、図１３のサイクルステップチャートの矢印で示すように、減圧状態にある床を流通する。
【００５８】
減圧床を流通する、最終的な除圧を経たガス流れ（ＤＰｆ）を利用する、別の、更なる典型的実施形態を、図１６及び１７に示す。
【００５９】
ここで、図１６を参照すると、５個の床と２つの圧力平衡化ステップを採用する、８ステップからなるプロセスに関するサイクルステップチャートが示されている。かかるサイクルステップは、ステップＤＰ３及びＰＥ３が省略されている点を除き、図１３を参照しながら上記したステップと同様に実施される。より具体的には、図１６のサイクルステップには、下記が含まれる：
１．供給ステップ
約１００〜５００ｐｓｉａの間（例えば、約３７５ｐｓｉａ）の高圧状態にある二酸化炭素含有供給流れ６８が、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット７０に供給される。事前に設定した時刻、又は供給流れ６８を保持する床がＣＯ２破過に達した後、供給ステップは終了する。
２．並流（ＣｏＣ）除圧１（ＤＰ１）
供給ステップを終了したＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、現在は高い供給圧力（例えば、１００〜５００ｐｓｉａ）の状態にあるが、これは、供給フローと同一（図１６に示す）又は反対（図１６に示さず）の方向に、中程度の圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）まで除圧される。
３．並流（ＣｏＣ）除圧２（ＤＰ２）
現在、中程度のある圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１６に示す）又は反対（図１６に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
４．最終除圧（ＤＰｆ）
現在、ステップ４開始時の圧力より低い圧力（約５０〜２００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１６に示す）及び／又は反対（図１６に示さず）の方向に、大気圧力に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
図１６の矢印によって示すように（すなわち、ＤＰｆから減圧状態の床に向かう矢印）、かかるステップ（ＤＰｆ）からの流れは、減圧状態の床（例えば、図１６で示すように、各サイクルステップについて、床１→床５、床２→床１、床３→床２、床４→床３、又は床５→床４）を流通する。
５．減圧
現在、周囲圧力（約２０ｐｓｉａ）に近い圧力にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１６に示さず）又は反対（図１６に示す）の方向に、事前に設定された低い圧力、すなわち大気圧以下（約１〜１２ｐｓｉａ）まで減圧される。図１６に示し、上記ステップ４（ＤＰｆ）の説明で概説したように、かかる床は、ＤＰｆステップにある別の床から、ＤＰｆステップの時間ガスを受容する。減圧状態の床からのガスは、ＣＯ２生成物流れを構成する。
６．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化２（ＰＥ２）
減圧床では、今度は、供給フローと同一（図１６に示さず）又は反対（図１６に示す）の方向に、ステップ３（ＤＰ２）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約６０〜３００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ３からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
７．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化１（ＰＥ１）
ステップ６で圧力の平衡化が実施された床では、供給フローと同一（図１６に示さず）又は反対（図１６に示す）の方向に、ステップ１（ＤＰ１）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約８０〜４００ｐｓｉａまで）、更に圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ２からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を更に増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
８．再加圧（ＦｅＲＰ）
圧力平衡化床は、供給ガスにより、又はステップ１の別の床から生成した流出物（すなわち供給流出物）の一部のいずれかにより、供給圧力（１００〜５００ｐｓｉａ）まで再加圧される。供給圧力まで再加圧した後、かかる床は、いつでもステップ１に戻れる状態となる。
【００６０】
上記８つのステップからなるプロセスは、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット内の１つの床の１つのサイクルに関する。減圧床の実施形態を流通する、かかるフローに関する上記８のステップは、ユニット内の他の床が、ステップ１を起点として流入及び流出が連続的となるように、循環方式で実施される。更に、減圧ステップ（番号５）は、連続的であるように設計されている。こうすることにより、真空ポンプが連続的に稼働すること、及びＣＯ２  ＶＰＳＡユニットへの流入が中断されないことを保証する。重要なプロセスステップの連続性を維持するために、５個の吸着剤床が上記実施形態で用いられる。
【００６１】
ここで、図１７を参照すると、７個の床と３つの圧力平衡化ステップを採用する、１１ステップからなるプロセスに関するサイクルステップチャートが示されている。かかるサイクルステップは、最終的な除圧ステップ（ＤＰｆ）と減圧ステップとの中間に追加のステップ（Ｒｆ）が含まれる点を除き、図１３を参照しながら上記したステップと同様に実施される。より具体的には、図１７のサイクルステップには、下記事項が含まれる：
１．供給ステップ
約１００〜５００ｐｓｉａの間（例えば、約３７５ｐｓｉａ）の高圧状態にある二酸化炭素含有供給流れ６８が、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット７０に供給される。事前に設定した時刻の後、又は供給流れ６８を保持する床がＣＯ２破過に達した後、供給ステップは終了する。
２．並流（ＣｏＣ）除圧１（ＤＰ１）
供給ステップを終了したＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、現在は高い供給圧力（例えば、１００〜５００ｐｓｉａ）の状態にあるが、これは、供給フローと同一（図１７に示す）又は反対（図１７に示さず）の方向に、中程度の圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）まで除圧される。
３．並流（ＣｏＣ）除圧２（ＤＰ２）
現在、中程度のある圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１７に示す）又は反対（図１７に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
４．並流（ＣｏＣ）除圧３（ＤＰ３）
現在、中程度のある圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１７に示す）又は反対（図１７に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、５０〜２００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
５．最終除圧（ＤＰｆ）
現在、ステップ４開始時の圧力より低い圧力（約５０〜２００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１７に示す）及び／又は反対（図１７に示さず）の方向に、大気圧に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
６．パージの受容（Ｒｆ）
ＤＰｆにより生成した流れ（例えば、図１７の床１）は、ＤＰｆを完了したが、未だ減圧状態になっていない別の床（例えば、図１７の床７）に供給される。この期間中（Ｒｆステップの時間）、流出物（例えば、図１７の床７）は、ＣＯ２生成物としてタンク４４２に流れる。床１のＤＰｆの残りの時間においては、ガスは減圧状態にある床（例えば、図１７の床７）を流通する。
７．減圧
現在、周囲圧力（約２０ｐｓｉａ）に近い圧力にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１７に示さず）又は反対（図１７に示す）の方向に、事前に設定された低い圧力、すなわち大気圧以下（約１〜１２ｐｓｉａ）まで減圧される。図１７に示すように、かかる床（床１）は、ＤＰｆステップ（床２）にある別の床からガスを受容する。減圧状態の床からのガスは、少なくともＣＯ２生成物流れの一部を構成する。
８．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化３（ＰＥ３）
減圧床では、今度は、供給フローと同一（図１７に示さず）又は反対（図１７に示す）の方向に、ステップ４（ＤＰ３）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約５０〜２００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ４からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
９．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化２（ＰＥ２）
ステップ７で圧力の平衡化が実施された床では、今度は、供給フローと同一（図１７に示さず）又は反対（図１７に示す）の方向に、ステップ３（ＤＰ２）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約６０〜３００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ３からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
１０．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化１（ＰＥ１）
ステップ９で圧力の平衡化が実施された床では、供給フローと同一（図１７に示さず）又は反対（図１７に示す）の方向に、ステップ２（ＤＰ１）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約８０〜４００ｐｓｉａまで）、更に圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ２からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を更に増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
１１．再加圧（ＦｅＲＰ）
圧力平衡化床は、供給ガスにより、又はステップ１の別の床から生成した流出物（すなわち供給流出物）の一部のいずれかにより、供給圧力（１００〜５００ｐｓｉａ）まで再加圧される。供給圧力まで再加圧した後、かかる床は、いつでもステップ１に戻れる状態となる。
【００６２】
上記１１のステップからなるプロセスは、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット内の１つの床の１つのサイクルに関する。減圧床の実施形態を流通する、かかるフローに関する上記１１のステップは、ユニット内の他の床が、ステップ１を起点として流入及び流出が連続的となるように、循環方式で実施される。更に、減圧ステップ（番号７）は、連続的であるように設計されている。こうすることにより、真空ポンプが連続的に稼働すること、及びＣＯ２  ＶＰＳＡユニットへの流入が中断されないことを保証する。重要なプロセスステップの連続性を維持するために、７個の吸着剤床が上記実施形態で用いられる。
【００６３】
ここで、図１８〜２０を参照すると、６個の床（Ａ１〜Ａ６）を有し、１０のステップを用い、ＤＰｆステップと減圧ステップからのＣＯ２ガスを直接混合してＣＯ２に富んだ最終ガスを生成する、本発明の実施形態が示されている。かかるプロセスステップには、下記事項が含まれる：
１．供給ステップ
高圧状態（例えば、約３７５ｐｓｉａ）にある二酸化炭素含有供給流れ６８が、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット７０に供給される。事前に設定した時刻の後、又は供給６８を保持する床がＣＯ２破過に達した後、供給ステップは終了する。
２．並流（ＣｏＣ）除圧１（ＤＰ１）
供給ステップを終了したＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、現在は高い供給圧力（例えば、１００〜５００ｐｓｉａ）の状態にあるが、供給フローと同一（図１８に示す）又は反対（図１８に示さず）の方向に、中程度の圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）まで除圧される。
３．並流（ＣｏＣ）除圧２（ＤＰ２）
現在、中程度のある圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１８に示す）又は反対（図１８に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
４．並流（ＣｏＣ）除圧３（ＤＰ３）
現在、中程度のある圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１８に示す）又は反対（図１８に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、５０〜２００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
５．最終除圧（ＤＰｆ）
現在、ステップ４開始時の圧力より低い圧力（約５０〜２００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１８に示さず）及び／又は反対（図１８に示す）の方向に、大気圧力に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）まで更に除圧されて、図１９に示すＣＯ２生成物４３８を生成する。かかる流れは、ＣＯ２生成物（流れ１９）の一部を構成し得る。
６．減圧
現在、大気圧力に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図１８に示さず）又は反対（図１８に示す）の方向に、事前に設定された低い圧力、すなわち大気圧以下（約１〜１２ｐｓｉａ）まで減圧される。減圧状態の床からのガス（図１９の流れ４３６）は、ＣＯ２生成物流れ（流れ１９）の一部を構成する。所望により、流れ４３６は、タンク４４２に搬送される前に、ブロワー（表示せず）を用いて更に圧縮可能である。
７．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化３（ＰＥ３）
減圧床では、今度は、供給フローと同一（図１８に示さず）又は反対（図１８に示す）の方向に、ステップ４（ＤＰ３）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約５０〜２００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ４からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
８．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化２（ＰＥ２）
ステップ７で圧力の平衡化が実施された床では、今度は、供給フローと同一（図１８に示さず）又は反対（図１８に示す）の方向に、ステップ３（ＤＰ２）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約６０〜３００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ３からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
９．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化１（ＰＥ１）
ステップ８で圧力の平衡化が実施された床では、供給フローと同一（図１８に示さず）又は反対（図１８に示す）の方向に、ステップ２（ＤＰ１）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約８０〜４００ｐｓｉａまで）、更に圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ２からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を更に増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
１０．再加圧（ＦｅＲＰ）
圧力平衡化床は、供給ガスにより、又はステップ１の別の床から生成した流出物（すなわち供給流出物）の一部のいずれかにより、供給圧力（１００〜５００ｐｓｉａ）まで再加圧される。供給圧力まで再加圧した後、かかる床は、いつでもステップ１に戻れる状態となる。
【００６４】
図１８に更に示すように、ＣＯ２生成物１９は、生成物タンク４４２に供給された流れ４３８（ステップ６）及び流れ４３６（ステップ７）に由来するＣＯ２からなる。生成物１９のＣＯ２純度レベルは、約８０モル％以上であると予想される。
【００６５】
上記１０のステップからなるプロセスは、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット内の１つの床の１つのサイクルに関する。かかる直接混合の実施形態に関する上記１０のステップは、ユニット内の他の床が、ステップ１を起点として流入及び流出が連続的となるように、循環方式で実施される。更に、減圧ステップ（番号６）は、連続的であるように設計されている。こうすることにより、真空ポンプが連続的に稼働すること、及びＣＯ２  ＶＰＳＡユニットへの流入が中断されないことを保証する。重要なプロセスステップの連続性を維持するために、６個の吸着剤床が上記実施形態で用いられる。
【００６６】
図１８に示したサイクルに関連する、例示的な関連ハードウェアとＣＯ２  ＶＰＳＡプロセスのフロー図を図１９に示す。図１９の様々なバルブは、本明細書で上記する６個の床からなるプロセス内の１０のステップを実施するために、図２０に示す方式で作動可能である。示した各圧力及び各ステップ時間は、例示目的に過ぎないことを理解すべきである。当業者は、各圧力と各ステップとのその他の組合せも利用可能であることを理解するであろう。
【００６７】
図１８〜２０に示し、本明細書に記載するような実施形態では、最終的な除圧ステップ（ＤＰｆ）期間中に生成したガスは、ステップ番号６に由来する減圧ガスと混合される。
【００６８】
減圧床によって生み出されたガスと最終除圧ガス流れ（ＤＰｆ）との直接混合を利用する、別の例示的な実施形態を図２１に示す。
【００６９】
ここで、図２１を参照すると、５個の床と２つの圧力平衡化ステップを採用する、８ステップからなるプロセスに関するサイクルステップチャートが示されている。かかるサイクルステップは、ステップＤＰ３及びＰＥ３が省略されている点を除き、図１８を参照しながら上記したステップと同様に実施される。より具体的には、図２１のサイクルステップには、下記が含まれる：
１．供給ステップ
約１００〜５００ｐｓｉａの間（例えば、約３７５ｐｓｉａ）の高圧状態にある二酸化炭素含有供給流れ６８が、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット７０に供給される。事前に設定した時刻の後、又は供給６８を保持する床がＣＯ２破過に達した後、供給ステップは終了する。
２．並流（ＣｏＣ）除圧１（ＤＰ１）
供給ステップを終了したＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、現在は高い供給圧力（例えば、１００〜５００ｐｓｉａ）の状態にあるが、これは、供給フローと同一（図２１に示す）又は反対（図２１に示さず）の方向に、中程度の圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）まで除圧される。
３．並流（ＣｏＣ）除圧２（ＤＰ２）
現在、中程度のある圧力（例えば、８０〜４００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図２１に示す）又は反対（図２１に示さず）の方向に、より低い圧力（例えば、６０〜３００ｐｓｉａ）まで更に除圧される。
４．最終除圧（ＤＰｆ）
現在、ステップ４開始時の圧力より低い圧力（約５０〜２００ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図２１に示さず）及び／又は反対（図２１に示す）の方向に、大気圧に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）まで更に除圧されて、ＣＯ２生成物４３８を生成する。かかる流れは、ＣＯ２生成物（流れ１９）の一部を構成し得る。
５．減圧
現在、大気圧力に近い圧力（約２０ｐｓｉａ）にあるＣＯ２  ＶＰＳＡ床は、供給フローと同一（図２１に示さず）又は反対（図２１に示す）の方向に、事前に設定された低い圧力、すなわち大気圧以下（約１〜１２ｐｓｉａ）まで減圧される。減圧状態にある床からのガス（図１９の流れ３６ａ）は、ＣＯ２生成物流れ（流れ１９）の一部を構成する。所望により、流れ４３６は、タンク４４２に搬送される前に、ブロワー（表示せず）を用いて更に圧縮可能である。
６．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化２（ＰＥ２）
減圧床では、今度は、供給フローと同一（図２１に示さず）又は反対（図２１に示す）の方向に、ステップ３（ＤＰ２）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約６０〜３００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が実施される。かかるステップは、ステップ３からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
７．対向流（ＣｃＣ）圧力平衡化１（ＰＥ１）
ステップ６で圧力の平衡化が実施された床では、供給フローと同一（図２１に示さず）又は反対（図２１に示す）の方向に、ステップ２（ＤＰ１）で生成したガスの圧力範囲まで（すなわち、約８０〜４００ｐｓｉａまで）、圧力の平衡化が更に実施される。かかるステップは、ステップ２からのＣＯ２をＶＰＳＡシステム内に保持することにより、ＣＯ２回収量を更に増加させる。同ステップは、ＣＯ２を排気流れに送り込む必要性をなくすことにより、ＣＯ２の損失を最低限に抑える。
８．再加圧（ＦｅＲＰ）
圧力平衡化床は、供給ガスにより、又はステップ１の別の床から生成した流出物（すなわち供給流出物）の一部のいずれかにより、供給圧力（１００〜５００ｐｓｉａ）まで再加圧される。供給圧力まで再加圧した後、かかる床は、いつでもステップ１に戻れる状態となる。
【００７０】
ＣＯ２生成物流れ１９は、生成物タンク４４２内の流れ４３８（ステップ４）及び流れ４３６（ステップ５）に由来するＣＯ２からなる。
【００７１】
上記８つのステップからなるプロセスは、ＣＯ２  ＶＰＳＡユニット内の１つの床の１つのサイクルに関する。かかる直接混合の実施形態に関する上記８つのステップは、ユニット内の他の床が、ステップ１を起点として流入及び流出が連続的となるように、循環方式で実施される。更に、減圧ステップ（番号５）は、連続的であるように設計されている。こうすることにより、真空ポンプが連続的に稼働すること、及びＣＯ２  ＶＰＳＡユニットへの流入が中断されないことを保証する。重要なプロセスステップの連続性を維持するために、５個の吸着剤床が上記実施形態で用いられる。
【００７２】
本発明は、より多量のＣＯ２を生成し、従ってより高いプラント能力を生み出すように改変可能であることも期待される。例えば、単一の真空系統又は単一の容器を用いて（流動化又は搬送上の制約により）取り扱い得る場合よりも高い供給流速の処理が必要又は所望とされる、又は望まれる場合がある。そのような場合には、プロセスは、常に、少なくとも２個の床が供給状態にあり、且つ少なくとも２個の床が減圧状態にあるように構成され得る。かかる例示的なサイクルステップチャート及び構成を、図２２及び２３に示す。別法として、又は追加的に複数の系統を用いることも可能である。
【００７３】
吸収
ステージ７０が、セレクソール（ｓｅｌｅｘｏｌ）やレクチゾル（ｒｅｃｔｉｓｏｌ）等の溶媒による物理吸収法を採用する場合には、これは、大気温度以下の処理ステージ６０の直下流に配置可能である。かかる物理吸収ユニットからのＣＯ２除去流れは、一般的に水分を含まない。物理吸収ユニットは、図１〜４に示すようにステージ６０からの排気流れ６８を処理し、ＣＯ２に富んだ流れ１９と、ＣＯ２に乏しい流れ７２とを生成する。
【００７４】
ステージ７０が、アルキル基で置換したアミン、アンモニア、又は炭酸カリウムの水溶液等の反応物流れによる化学吸収法を採用する場合には、ユニットは、好ましくは図２４に示すように構成され、ここで、化学吸収ユニット７０は、排気流れ６８が、乾燥器ユニット５０を再生するための再生ガスとして利用された後に配置されるのが好ましい。かかる吸収システムからのＣＯ２に乏しい流れ７２は、水分を含んでいる可能性があり、従って再生ガスとして用いるに適当でない。水分を多く含むＣＯ２に乏しい流れ６９は、化学吸収システム７０に搬送され、ここで、かかる流れは任意の公知の方法により処理されるが、かかる方法では、気体状の流れ６９は、同気体状の流れから水性流れに二酸化炭素が吸収されるように、アルキルアミン、アンモニア、又は炭酸カリウムの水溶液と接触し、次いで二酸化炭素は、得られた二酸化炭素に富んだ水性流れから取り除かれる。
【００７５】
図２５は、物理吸収法、及び化学吸収法に基づくＣＯ２分離システムに適用可能なフローシートを示す。図１〜４に示すＣＯ２に乏しい流れ６８、又は図２４に示すＣＯ２に乏しい流れ６９は、底部から吸収器５０１に導入される。溶媒（かかる用語は、物理吸着法プロセス、及び化学吸着法プロセスのそれぞれについて用いられる）流れ５０５は、塔頂部から吸着器５０１に供給される。溶媒は、供給流れからＣＯ２を吸収する。得られたＣＯ２を多く含む流れ５１０は、ＣＯ２に乏しい溶媒５２０から熱を回収することにより、熱交換器５１２内で加熱される。加熱後のＣＯ２を多く含む流れ５１３は、抽出器（ｓｔｒｉｐｐｅｒ）５０３に供給される。所望により、抽出器は、リボイラー５３０を経由した熱を底部から供給することにより加熱される。ＣＯ２に富んだ流れ１９は、抽出器５０３の頭頂部から回収される。ＣＯ２に乏しい溶媒５２０は、熱交換器５１２内で、次に冷却器５２３内で冷却され、そして流れ５０５として吸収器５０１にリサイクルされる。
【００７６】
ＮＯＸ及びＣＯの除去
流れ７２は、望むならば、一酸化炭素、ＮＯｘ、又は両方の含量を減らすために処理可能である。
【００７７】
一酸化炭素を減らすためには、好ましくは、当該流れを、最初に加熱し、次に反応器内の雰囲気に存在する酸素と反応させることにより、一酸化炭素から二酸化炭素への変換を促進する触媒を含む反応器を通過させる。かかる変換反応に適する触媒は、当技術分野において周知である。有用な触媒の例として、アルミナ担体上の酸化鉄又は貴金属（例えば、銅、ルテニウム、白金、パラジウム、ロジウム、金）が挙げられる。この反応により、ＣＯレベルを９８％以上低減することができる。
【００７８】
流れのＮＯｘ含量を低減するためには、流れ及びアンモニア含有流れを、下記反応で表わされるＮＯｘから窒素への変換を促進する触媒を備える反応器に供給する。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
この反応を促進するのに適する触媒は、当技術分野において周知である。例として、担体としての酸化タングステン上の、タングステン又はモリブデン酸化物を促進剤として伴う五酸化バナジウムが挙げられる。この反応により、ＮＯｘレベルを９５％以上低減することができる。
【００７９】
図３は、ＣＯ２放出だけでなく、ＮＯｘ及び一酸化炭素（ＣＯ）の放出も低減した１つの実施例を表わしている。この図では、ＣＯ２除去流れ７２は、ヒーター７６内で５００〜８００°Ｆに加熱される。加熱された流れ７８は、触媒反応器８４を通過し、ここで一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素となる。反応器８４からの流出物は、別の触媒反応器８６に送られ、ここで流れ７８に含まれている酸化窒素（ＮＯ）は、流れ８７として供給されるアンモニアと共に反応することにより、窒素に変換される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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