(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離装置であって、水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置で生成された水和物に混合気体を接触させることで該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集装置と、該気体捕集装置で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出装置とを有する気体分離装置において、
水和物生成装置は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造手段と、水和物スラリを脱水し水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し固体状の水和物を得る脱水手段と、脱水した水溶液不存在の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕手段とを有し、
気体捕集装置は、水和物生成装置から水溶液脱水除去後の粉粒状水和物を受け入れる水和物受入口が上部にそして該粉粒状水和物を排出する水和物排出口が下部に形成されていて、水和物受入口と水和物排出口との間で粉粒状水和物が降下する移動床を形成する捕集塔を有し、
上記捕集塔は、目的気体を含む混合気体が送入される送気口を下部に、該混合気体から目的気体が粉粒状水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を上部に有し、上記移動床で降下移動する粉粒状水和物を上昇流通する混合気体と水溶液不存在の状態で直接に向流接触させて、粉粒状水和物に該混合気体から目的気体を選択的に吸収させ捕集させ、
気体放出装置は、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる放出手段を有している、
ことを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
放出手段は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解する加熱装置であることとする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧する減圧装置であることとする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項４】
放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱する減圧加熱装置であることとする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項５】
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離方法であって、水和物を生成する水和物生成工程と、該水和物生成工程で生成された水和物に混合気体を接触させることで該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集工程と、該気体捕集工程で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出工程とを有する気体分離方法において、
水和物生成工程は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造工程と、水和物スラリを脱水し水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し固体状の水和物を得る脱水工程と、脱水した水溶液不存在の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕工程とを有し、
気体捕集工程は、水和物生成工程での水溶液脱水除去後の粉粒状水和物を捕集塔の上部に形成された水和物受入部から受け入れ、そして捕集塔の下部に形成された水和物排出口から該粉粒状水和物を排出して、水和物受入口と水和物排出口との間で粉粒状水和物が降下する移動床で粉粒状水和物を移動させ、
上記捕集塔は、さらに、目的気体を含む混合気体が送入される送気口を下部に、該混合気体から目的気体が粉粒状水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を上部に有していて、上記移動床で降下移動する粉粒状水和物を上昇流通する混合気体と水溶液不存在の状態で直接に向流接触させて、粉粒状水和物に該混合気体から目的気体を選択的に吸収させ捕集させ、
気体放出装置にて、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを気体放出装置に設けられた放出手段により加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる、
ことを特徴とする気体分離方法。
【請求項６】
気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解して水和物から目的気体を放出させることとする請求項５に記載の気体分離方法。
【請求項７】
気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧して水和物から目的気体を放出させることとする請求項５に記載の気体分離方法。
【請求項８】
気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱して水和物から目的気体を放出させることとする請求項５に記載の気体分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気体から目的とする気体（以下「目的気体」という）を選択的に水和物により捕集することを通じて、混合気体から該目的気体を分離する装置及び方法に関する。
【０００２】
本発明において、次に掲げる用語の意味又は解釈は以下のとおりとする。この用語の意味又は解釈は、本発明の技術的範囲が均等の範囲にまで及ぶことを妨げるものではない。
【０００３】
（１）「水和物」とは、包接水和物の略称である。ホスト、ホスト物質又はホスト分子と呼ばれる水分子が構成するトンネル形、層状、網状、籠状などの構造（包接格子）内に、ゲスト物質、ゲスト分子又はゲスト化合物と呼ばれる他の分子が入り込む又は取り込まれることで形成され、生成される物質を包接水和物という。ゲスト物質の例としては、テトラｎブチルアンモニウム塩、テトラｉｓｏペンチルアンモニウム塩、トリｎブチル・ペンチルアンモニウム塩等のアルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩などがある。本発明における「水和物」には、準包接水和物が含まれる。包接水和物を生成するゲスト物質を水和物生成物という。
【０００４】
（２）水和物のゲスト物質、すなわち、水和物生成物の水溶液、より詳しくは一種又は二種以上の水和物生成物を溶質とし、水を溶媒とする水溶液を、冷却すると水和物が生成される。また、本発明において、「水和物を生成する液体」とは、冷却されて水和物を生成する水和物生成物を含む液体をいう。水和物を生成する液体を冷却し水和物が生成されると、水和物と水和物を生成する液体の混合物となる。
【０００５】
（３）「水和物のスラリ」とは、水和物がそのゲスト物質の水溶液、すなわち、水和物生成物の水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁してスラリ状を呈するに至ったものをいう。水和物が少量であっても（換言すれば水和物の存在比率が低くても）、また、水和物の量が多くても、該水溶液又は水溶媒に水和物が分散又は懸濁しているのであれば、それは「水和物のスラリ」に該当する。
【０００６】
（４）「水和物生成温度」とは、水和物のゲスト物質の水溶液を冷却したとき、その水溶液の中で水和物が生成する温度をいう。
【背景技術】
【０００７】
目的気体と目的気体以外の気体から成る混合気体から目的気体を選択的に水和物により捕集し分離する技術は、アルキルアンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩などを水和物生成物とする水和物により目的気体を捕集分離する技術が好例となり、目的気体が含まれない環境又は目的気体の濃度が所定濃度未満の環境の下で水和物を予め生成し、引き続き該水和物により混合気体から該目的気体を選択的に捕集して分離する技術が開示されている（特許文献１参照）
【０００８】
特許文献１の気体分離装置は、目的気体が含まれない環境下で水和物を生成する水和物生成装置と、水和物生成装置で生成された水和物が存在する環境に混合気体を供給して水和物に目的気体を捕集させる気体捕集装置と、目的気体を捕集した水和物から目的気体を放出させる気体放出装置とを有している。
【０００９】
特許文献１では、水和物生成装置は、水和物を生成するゲスト物質を含む水溶液が流通過程で一時的に貯留される生成槽に冷却機能を備える熱交換器を備えている。この水溶液が熱交換器により冷却されると水和物を生成し、生成槽には水和物が水溶液中に分散又は懸濁している水和物スラリが貯留される。
【００１０】
気体捕集装置は、水和物生成装置からの水和物スラリを受けると共に、目的気体を含む混合気体を受けて、この混合気体が水和物スラリと混合されて接触し、目的気体が水和物に選択的に取り込まれて捕集される。
【００１１】
このようにして、特許文献１では、目的気体が含まれない環境下で上記水溶液を冷却することで水和物スラリを生成し、この水和物スラリに混合気体を接触させることで混合気体中の目的気体を水和物で選択的に捕集している。
【００１２】
水和物を生成する液体を冷却して水和物を生成する際には、水和物を生成する液体の温度が水和物生成温度以下にまで低下しても液体状態であるという過冷却現象が伴う。過冷却が解除されると急激に水和物が生成されるため、混合気体から目的気体を分離してこれを捕集するために水和物の生成を行うと、過冷却が解除された後に、水和物を生成する液体と目的気体とを収容する容器や配管の内壁面、その他望ましくない部位に水和物の付着を招来し、冷却効率を低下させ水和物の生成に支障を生じさせたり、水和物を生成する液体の流送に支障を生じさせたり、閉塞を生じさせるなど、水和物の生成、搬送その他の処理に不具合を生じさせる。
【００１３】
特許文献１の気体分離装置では、目的気体の捕集前に水和物がすでに生成されているので、目的気体捕集のために水和物スラリをさらに冷却しても、水和物スラリ中にすでに存在しているスラリが核となって、上述のような目的気体捕集時に最初から水溶液を冷却して水和物を生成する際に生じる過冷却現象を防止又は抑制し、過冷却現象による不具合を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１３−１１９０６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１の気体捕集装置では、水和物生成装置で生成された水和物が水和物生成物の水溶液に分散又は懸濁している水和物スラリの供給を受け、この水和物スラリに目的気体を含む混合気体を供給してこれらを混合し、水和物に混合気体から目的気体が選択的に取り込まれ捕集される。水和物スラリ中の水和物と目的気体との接触は、水和物生成物の水溶液に目的気体が溶解し水和物と接触すること（前者）や、気泡状の目的気体が直接水和物と接触すること（後者）により行われる。
【００１６】
しかし、前者では、目的気体の水溶液への溶解速度や溶解度がほぼ定まっているため、水和物と目的気体との接触効率を大幅に向上させるのは困難であり、また後者では、水和物生成装置で生成された水和物をそのまま用いるため水和物の形状が塊状である場合には比表面積が小さく接触効率が小さいなど、特許文献１の気体捕集装置では、水和物による目的気体の捕集効率を向上させることが困難であり、実用的なプロセスとして構築することに問題がある。
【００１７】
本発明は、かかる事情に鑑み、水和物により混合気体から目的気体を選択的に捕集して分離するに当たり、水和物と目的気体との接触効率が高く、水和物が目的気体を捕集する捕集効率が高い気体分離装置及び気体分離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】
【００１８】
本発明によれば、上述の課題は、以下のように構成される気体分離装置、気体分離方法により解決される。
【００１９】
＜気体分離装置＞
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離装置であって、水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置で生成された水和物に混合気体を接触させて該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集装置と、該気体捕集装置で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出装置とを有する気体分離装置において、
水和物生成装置は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成する冷却手段と、水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去する脱水手段とを有し、
気体捕集装置は、水和物生成装置から水溶液脱水除去後の水和物を受け入れる水和物受入口が上部にそして該水和物を排出する水和物排出口が下部に形成されていて、水和物受入口と水和物排出口との間で水和物の移動床を形成する捕集塔を有し、
上記捕集塔は、目的気体を含む混合気体が送入される送気口と、該混合気体が上記移動床の水和物と接触して該混合気体から目的気体が水和物に捕集された後の目的気体以外の気体を排出する排出口を有し、
気体放出装置は、目的気体を捕集した水和物を気体捕集装置の水和物排出口から受け、これを加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させる放出手段を有していることを特徴とする気体分離装置。
【００２０】
本発明において、放出手段は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解する加熱装置とすることができる。
【００２１】
また、本発明において、放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧する減圧装置とすることができる。
【００２２】
さらには、本発明において、放出手段は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱する減圧加熱装置とすることができる。
【００２３】
＜気体分離方法＞
目的気体を含む混合気体から該目的気体を分離する気体分離方法であって、水和物を生成する水和物生成工程と、該水和物生成工程で生成された水和物に混合気体を接触させて該水和物に目的気体を捕集させて目的気体以外の気体を放出する気体捕集工程と、該気体捕集工程で目的気体を捕集した該水和物から目的気体を放出させる気体放出工程とを有する気体分離方法において、
水和物生成工程は、水和物生成物の水溶液を冷却して水和物を生成するとともに、水和物の生成に至らなかった水溶液を脱水除去し、
気体捕集工程は、水和物生成工程での水溶液脱水除去後の水和物を受け入れそして排出する捕集塔内で水和物の移動床を形成し、目的気体を含む混合気体を上記移動床の水和物に接触させて、該混合気体から目的気体を水和物に捕集させ、
気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を加熱そして減圧の少なくとも一方を行って水和物から目的気体を放出させることを特徴とする気体分離方法。
【００２４】
本発明において、気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を加熱して水和物を融解して水和物から目的気体を放出させることができる。
【００２５】
また、本発明において、気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧して水和物から目的気体を放出させることができる。
【００２６】
さらには、本発明において、気体放出工程は、目的気体を捕集した水和物を減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱して水和物から目的気体を放出させることができる。
【００２７】
このような構成の本発明の気体分離装置そして気体分離方法では、水和物生成装置（工程）にて、水和物が生成されると共に水和物生成に至らなかった水溶液が除去されて、水和物のみが気体捕集装置に送られて移動床を形成し、混合気体が該気体捕集装置（工程）にて、該移動床の水和物と接触する。すなわち、混合気体は、水溶液が存在しない状態で水和物のみと直接接触して、混合気体から効率よく目的気体が水和物により捕集される。
【００２８】
本発明において、気体放出装置（工程）にて、水和物により捕集されている目的気体を放出させるには、水和物を加熱あるいは減圧させてもよいし、また、減圧してから水和物の融解温度より低い温度で加熱してもよい。減圧後に水和物の融解温度より低い温度で加熱することとすれば、その加熱に要する装置は、加熱のみの場合に比し大幅に小さい。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明は、水溶液不存在での水和物に目的気体を含む混合気体を直接接触させるため、水和物スラリ中の水和物と接触させる従来の手法に比べて目的気体の捕集効率を大幅に増加させることができ、捕集効率の高い気体分離装置及び気体分離方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一実施形態装置の概要構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態装置の概要構成図である。
【図３】本発明の第三実施形態装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施形態の気体分離装置について、その各構成装置の説明に先立ち、水和物生成物、水和物を生成する液体そして目的気体について説明する。
【００３２】
＜水和物生成物＞
水和物を生成するゲスト物質（水和物生成物）としては、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、第四級スルホニウム塩などを用いることができる。第四級アンモニウム塩としては、臭化テトラnブチルアンモニウム（ＴＢＡＢ）、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム（ＴｉＰＡＢ）、臭化トリｎブチルペンチルアンモニウム（ＴＢＰＡＢ）、フッ化テトラnブチルアンモニウム（ＴＢＡＦ）、塩化テトラｎブチルアンモニウム（ＴＢＡＣｌ）、ヨウ化テトラｎブチルアンモニウム（ＴＢＡＩ）などのテトラアルキルアンモニウム塩などが代表的な例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
＜水和物を生成する液体＞
水和物を生成する液体としての水和物生成物を含む水溶液としては、上記の水和物生成物を含む水溶液を用いることができる。また、水和物生成物を含む水溶液として、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム(ＴｉＰＡＢ)の水溶液が好ましい。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムの調和融点は３０℃であり、水溶液の濃度を調整して水和物生成温度を０〜３０℃の範囲に調整することが容易であるからである。
【００３４】
また、水和物生成物を含む水溶液として、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムを含むニ種以上の第四級アンモニウム塩の水溶液が好ましい。臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム以外の第四級アンモニウム塩としては、臭化テトラｎブチルアンモニウムが好ましい。臭化テトラｎブチルアンモニウムは比較的安価で入手し易いので、臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウムと臭化テトラｎブチルアンモニウムとを適切に配合することにより、水和物生成温度を０〜３０℃の範囲に調整することが容易であるとともに経済的に優れた気体を捕集し放出して分離する装置、方法を構成することができる。
【００３５】
＜目的気体＞
混合気体から水和物により選択的に捕集し分離する目的気体としては、例えば、二酸化炭素、酸素、硫化水素、二酸化硫黄、メタンなどが挙げられる。
【００３６】
混合気体から目的気体を捕集して分離することの例として、メタンと二酸化炭素を含む混合気体から目的気体として二酸化炭素を分離しメタン含有率の高い燃料ガスを得ることや、燃焼排ガスなどの混合気体から二酸化炭素を分離し二酸化炭素濃縮ガスを得ること、空気から酸素を分離し酸素富化空気を得ることなどが挙げられる。また、化学原料ガス中に含まれる硫化水素を触媒の劣化防止を目的に除去すること、燃焼排ガス中の二酸化硫黄を環境保全の観点から分離することも好適な例である。
【００３７】
以下、添付図面を用いて、本発明に係る気体分離装置そして気体分離方法について、その実施形態を説明する。
【００３８】
＜第一実施形態＞
図１に示される本実施形態の気体分離装置は、水和物を用いて目的気体を含む混合気体から目的気体を分離するために、該目的気体が含まれない環境の下で水和物を生成する水和物生成装置１と、水和物生成装置１で生成された水和物に混合気体を接触させて水和物に目的気体を捕集させる気体捕集装置２と、目的気体を捕集した水和物から目的気体を放出させる気体放出装置３とを有している。上記気体放出装置３は、水和物が目的気体を放出後に液化した水溶液をポンプ４、冷却器５を経て水和物生成装置１へ帰還するように帰還路６で水和物生成装置１と接続されている。これらの各装置の詳細については、以下において、その工程と共に詳述する。
【００３９】
＜水和物生成装置：水和物生成工程＞
本実施形態における水和物生成装置１は、水和物生成物を含む水溶液を冷却して水和物を生成して、水和物が水溶液中に分散又は懸濁してなる水和物スラリを得る水和物スラリ製造部１Ａ、水和物スラリを脱水し固体状の水和物を得る脱水部１Ｂ、必要に応じて脱水した固体状の水和物を粉砕し適切な粒径の粉粒状水和物とする粉砕部１Ｃとを順に有している。
【００４０】
脱水部１Ｂは脱水した水溶液を帰還路６へ戻すように冷却器５の後流位置で副帰還路７により帰還路６に接続されている。
【００４１】
水和物生成装置の水和物スラリ製造部１Ａは、冷却手段を備え、生成槽内に収容した水和物生成物を含む水溶液を冷却して水和物を生成し、その水和物が水和物生成物を含む水溶液に分散又は懸濁してなる水和物スラリを生成するようになっており、冷却手段としては冷媒を供給して冷却する熱交換器が好ましい。
【００４２】
この水和物スラリ製造部１Ａにおける水和物スラリ生成工程において、冷却手段により、水和物生成物を含む水溶液を冷却する冷却温度は０℃より高い温度とすることが好ましい。つまり生成する水和物スラリの温度が０℃より高い温度になるようにする。冷却温度を０℃より高い温度で冷却するようにすれば、冷媒を供給するための冷却手段として、冷凍機または冷水を外気と熱交換させるクーリングタワーを用いることができ、容易に冷熱を得て冷媒を供給することができる。特に水和物を生成するゲスト化合物としてＴｉＰＡＢを用いた場合は、０〜３０℃の範囲、例えば１５℃以上で水和物を生成できるので、外気の熱エネルギを利用することが可能であり、より経済的な手法を選択することができる。
【００４３】
水和物スラリ製造部１Ａは、水和物生成物を含む水溶液を収容した生成槽などに攪拌機構を設ける構成が好ましい。水和物スラリ製造部１Ａにおいては、冷却によって水和物が生成され、生成された水和物が攪拌されることにより、水和物粒子が水和物生成物を含む水溶液に分散又は懸濁した水和物スラリが生成される。また、水和物生成物を含む水溶液が攪拌されながら冷却されることにより過冷却が速やかに解除されるので、水和物を効率よく生成できる。
【００４４】
はじめに水和物生成物を含む水溶液は運転開始用ポンプ（図示せず）を介して水和物スラリ製造部１Ａに送られ、水和物生成温度以下まで冷却される。
【００４５】
水和物生成工程において水和物スラリ製造部１Ａの水和物生成物を含む水溶液を収容する生成槽内を攪拌したり、あるいは該水和物と同種または異種の化合物の結晶の添加などを行う過冷却解除手段を有していると、過冷却解除が促進され、水和物生成を円滑に進めることができる。水和物生成槽内は過冷却解除により水和物生成が始まると凝固熱発現のため温度が上昇し、水和物生成完了の後は上昇した槽内温度は低下する。この温度変化の経緯を監視し水和物生成の終了を検知する。水和物が完全に生成した後、水和物と水和物生成物を含む水溶液の混合物（水和物スラリ）は脱水工程のために脱水部１Ｂに移送されるが、移送用配管内では新たに水和物が生成しないため、閉塞などの問題を起こす可能性が低い。
【００４６】
水和物生成装置１の脱水部１Ｂは、水和物スラリ製造部１Ａから受けた水和物スラリを固液分離する脱水手段を備えていて、この脱水手段により水和物スラリから水溶液を分離抽出してこれを副帰還路７により帰還路６へ帰還させる。脱水部１Ｂでは水溶液が除去されるので、粉砕部１Ｃには水溶液不存在の水和物のみが送り込まれる。粉砕部１Ｃでは、水和物は粉砕手段により適宜粒径の粉粒状に粉砕される。
【００４７】
脱水部１Ｂにおける脱水手段は、固液分離ができればその形式に限定されず、いかなる形式の手段でもよく、また、粉砕部１Ｃにおける粉砕手段もその形式に限定されず、いかなる形式で粉砕するものでもよい。生成された水和物がすでに適切な粒径になっている条件の下では、この粉砕手段を有する粉砕部１Ｃは、必須ではない。
【００４８】
＜気体捕集装置：気体捕集工程＞
気体捕集装置２は、水和物により目的気体を捕集するための捕集塔２−１を有し、水和物生成装置１から水溶液脱水後の水和物又は粉砕後の水和物を受け入れる水和物受入口２Ａが上記捕集塔２−１の上部に、そして水和物を排出する水和物排出口２Ｂが上記捕集塔２−１の下部に設けられている。捕集塔２−１内では、水和物受入口２Ａで受け入れた水和物は移動床を形成して降下して水和物排出口２Ｂから排出される。
【００４９】
上記捕集塔２−１には、さらに、目的気体を含む混合気体を捕集塔２−１内へ送入するための送気口２Ｃが下部に設けられているとともに、捕集塔２−１内へ送入された混合気体が上昇しながら、降下する移動床の水和物と向流接触して、目的気体が水和物に捕集された後に残る目的気体以外の気体を排出するための排出口２Ｄが上部に設けられている。
【００５０】
このように形成された捕集塔２−１では、次のようにして粉粒状の水和物により目的気体が捕集される。
【００５１】
水和物生成装置１で生成され脱水そして粉砕された粉粒状水和物は、気体捕集装置２に移送される。気体捕集装置２では、粉粒状水和物により移動床が形成され、この移動床に目的気体を含む混合気体を送気口２Ｃから供給して、粉粒状水和物と目的気体を含む混合気体とを向流接触させることで、粉粒状水和物に混合気体から目的気体が選択的に取り込まれ、目的気体が捕集され、目的気体を捕集した後の気体である目的気体以外の気体が排出口２Ｄから排出される。
【００５２】
水和物の移動床を形成するには、既述のように、水和物を収容する捕集塔２−１の上部における水和物受入口２Ａから粉粒状水和物を供給し塔内に充填し、下部の水和物排出口２Ｂから粉粒状水和物を抜き出す。こうすることにより塔内の粉粒状水和物は、重力により粉粒状水和物が少しずつ塔内で下降して移動床を形成する。目的気体を含む混合気体を塔下部の送気口２Ｃから供給し移動床の粉粒状水和物と向流接触させると、粉粒状水和物に混合気体から目的気体が選択的に吸収され、目的気体が捕集される。その際、混合気体は粉粒状水和物と直接に接触し、しかも水和物が適宜粒径の粉粒状であるため比表面積が大きく接触効率が大きく、目的気体の捕集効率が高まる。目的気体を捕集した粉粒状水和物は塔下部の水和物排出口２Ｂから抜き出される。
【００５３】
このような気体捕集装置２では、混合気体は水和物の粒間空隙を流通するので、従来のような水溶液が共存するスラリ中を流通する場合に比し、流通抵抗が小さく、混合気体送入のための動力が小さくてすむ。さらに、水和物は移動床を形成し、ゆっくりと塔内を降下するので、目的気体を捕集すべき水和物が順次供給されるので、捕集効率が高い。また、移動床を形成し粉粒状水和物が移動しているので、水和物を充填した固定床の充填層に混合気体を通気させる場合に比べて、通気抵抗が小さく、混合気体送入のための動力が小さくてすむ。
【００５４】
混合気体は気体捕集装置２を単に通過させるだけでも良いが、循環路（図示せず）を設けて気体捕集装置２の排出口２Ｄから排出されまだ目的気体が残存する混合気体を捕集塔２−１へ再度供給することにすれば、目的気体の捕集効率を高めることができる。
【００５５】
＜気体放出装置：気体放出工程＞
気体放出装置３は、目的気体を捕集した粉粒状水和物から目的気体を放出させる放出手段を有している。放出手段は、粉粒状水和物を加熱、減圧、あるいは減圧後に水和物融解温度より低い温度に加熱する手段として実現できる。
【００５６】
図１に示される第一実施形態においては、気体放出装置３の放出手段は、加熱手段３Ａであり、目的気体を捕集している水和物を加熱して水和物を融解させ、水和物に捕集されていた目的気体を放出させ、目的気体放出後の融解した水和物は水和物生成物を含む水溶液を生成する。加熱手段としては熱媒体を供給して水和物を加熱する熱交換器とすることが好ましい。
【００５７】
図１の形態では、気体放出装置３は、上記放出手段に加え、気液分離手段をも備えている。
【００５８】
目的気体を捕集していた水和物は、上記加熱手段により加熱されることで融解して、目的気体と水和物生成物を含む水溶液からなる混合流体を形成し、該混合流体は上記気液分離手段によって、水和物生成物を含む水溶液と目的気体とに分離される。目的気体が分離された水和物生成物を含む水溶液は帰還路６に送られる。分離された目的気体は気体放出装置３から排出されて、適宜貯槽等に貯留されるか、又は次の処理プロセスに導入される。上記気液分離手段としては、サイクロンセパレータなどを用いるが、衝突分離式ミストセパレータを併せて用いることが好ましい。
【００５９】
帰還路６に送られた、水和物生成物を含む水溶液は、ポンプ４により冷却器５を介して水和物生成温度程度に冷却されて水和物生成装置１の水和物スラリ製造部１Ａに戻され、再使用される。
【００６０】
水和物生成装置１としては、上記のように水和物スラリを製造し水溶液を分離して固体状の水和物を得る装置の他に、冷却した水和物生成物を含む水溶液を水和物生成温度より低い気相中でノズルから噴出することで固体状の水和物を生成する装置でもよい。
【００６１】
＜第二実施形態＞
次に、図２にもとづき、本発明の第二実施形態を説明する。
【００６２】
図１に示された第一実施形態では、気体放出装置３はその放出手段として加熱手段３Ａを有し、それ故に気体放出装置３で水和物が融解した後の水和物生成物の水溶液は帰還路６により水和物生成装置１の水和物スラリ製造部１Ａに帰還されていた。これに対し、図２の第二実施形態では、気体放出装置３の放出手段は加熱手段に代えて減圧手段３Ｂとなっている。
【００６３】
かかる減圧手段３Ｂを放出手段としている本実施形態の気体放出装置３では、目的気体を捕集していた水和物は、上記減圧手段３Ｂにより減圧されることで、目的気体を放出し、目的気体放出後の水和物となる。放出された目的気体は気体放出装置３から排出されて、適宜貯槽等に貯留されるか、又は次の処理プロセスに導入される。目的気体放出後の水和物は、帰還路８によって気体捕集装置２へ帰還され目的気体の捕集に再利用される。
【００６４】
＜第三実施形態＞
図３に示される第三実施形態では、気体放出装置３の放出手段は、減圧手段３Ｃ−１と加熱手段３Ｃ−２の両方を備えた減圧加熱手段３Ｃとなっており、水和物を減圧手段３Ｃ−１で減圧した後に、加熱手段３Ｃ−２により水和物の融解温度より低い温度で水和物を加熱するようになっている。したがって、本実施形態でも、水和物は融解せず、水溶液を生じないで粉粒状の水和物のまま留まるので、目的気体放出後の水和物は、第二実施形態の場合と同様に、帰還路８によって気体捕集装置２へ帰還され目的気体の捕集に再利用される。その際、本実施形態では、水和物は上記放出手段としての加熱手段により昇温しているので、帰還路８に設けられた冷却器９によって加熱手段による昇温分だけ冷却される。本実施形態によると、第一実施形態における加熱手段に比べて加熱温度を低くすることができるため、加熱手段を小規模にできエネルギ消費が少なく、したがって、冷却器も小規模にできエネルギ消費が少なくすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  水和物生成装置
２  気体捕集装置
３  気体放出装置
３Ａ  放出手段（加熱手段）
３Ｂ  放出手段（減圧手段）
３Ｃ  放出手段（減圧加熱手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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