(57)【要約】【課題】  水和物の生成を通じて被処理気体から目的とする気体を分離する気体分離装置において、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置を提供すること。【解決手段】  被処理気体を受け入れる第一の気体捕集放出装置と、該第一の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れる第二の気体捕集放出装置とを備え、前記第一の気体捕集放出装置及び第二の気体捕集放出装置は、それぞれ、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、第一の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置。【選択図】  図１
2013212474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、
被処理気体を受け入れる第一の気体捕集放出装置と、
該第一の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れる第二の気体捕集放出装置とを備え、
前記第一の気体捕集放出装置及び第二の気体捕集放出装置は、それぞれ、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、
該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、
前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置。
【請求項２】
前記水和物生成装置は、二重管式熱交換器で構成された水和物生成管路装置であって、内管にゲスト化合物の水溶液と被処理気体の混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体を流通させて混合流体を冷却し、水和物を生成するものであり、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置に比べて、生成管路長さが短く伝熱面積が少ないこと、生成管路の内管断面積が大きく混合流体の流速が低いこと、水溶液ポンプを送液量が低いものとし混合流体の供給流速が低いこと、生成管路の冷熱媒体流路断面積が大きく冷熱媒体の流速が低いこと、冷熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし冷熱媒体の供給流速が低いこと、冷熱媒体の種類を変更すること、冷熱媒体の供給温度を変更すること、水溶液の濃度を変更すること、のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くするようにされていることを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
【請求項３】
水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、
直列に配設する複数段の気体捕集放出装置を備え、
最初の段の気体捕集放出装置は被処理気体を受け入れ、二段目以降の気体捕集放出装置は、前段の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れ、
前記複数段の気体捕集放出装置は、それぞれ、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、
該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、
前記二段目以降の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前段の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和物の生成を通じて被処理気体から目的とする気体（以下「目的気体」という）を分離する気体分離装置に関し、より詳しくは、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置に関する。
【０００２】
本明細書において、用語の意味又は解釈は以下のとおりとする。これら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。ホストまたはホスト物質と呼ばれる分子又は化合物（即ち、ホスト分子又はホスト化合物）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、ゲスト物質と呼ばれる他の分子または化合物（即ち、ゲスト分子又はゲスト化合物）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化合物という。ゲスト化合物の例としては、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。ホスト分子の例としては、水やシクロデキストリンがある。ホスト分子が水である包接化合物が包接水和物である。本発明における「水和物」には、準包接水和物が含まれる。
【０００４】
（２）水和物のゲスト分子の水溶液、より詳しくは一種又は二種以上のゲスト化合物を溶質とし、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。本発明において、「水和物を生成するゲスト化合物の水溶液」とは、冷却されて水和物を生成するゲスト化合物を含む水溶液をいう。
【０００５】
（３）「水和物スラリー」とは、水和物がそのゲスト化合物の水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁してスラリー状を呈するに至ったものをいう。
【背景技術】
【０００６】
目的気体を含む水和物を生成することにより、被処理気体から目的気体を捕集し、分離する技術としては、その水和物の典型例が、ゲスト分子を当該気体とするガスハイドレートや、例えば第４級アンモニウム塩をゲスト分子とする水和物であり、このような水和物の生成を通じて当該気体を分離する技術が検討されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００７】
これらの技術において、被処理気体中の目的気体の濃度が低い場合や、分離して回収する気体中の目的気体の濃度が高いものが要望される場合には、水和物生成による分離操作を二段階で行うようにされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８２４０３号公報
【特許文献２】特開２００３−１３８２８１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０５５号公報
【特許文献４】特開２０１１−２３１００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水和物生成による分離操作を二段階で行う気体分離装置において、一段目の分離操作により被処理気体から分離された気体中の目的気体の濃度は高められており、その濃度が高くなった気体を二段目の分離操作によりさらに目的気体の濃度を高くする処理を行う。一段目と二段目の分離操作を行う水和物生成装置の水和物生成能力が同じであると、二段目の水和物生成装置の処理能力が処理対象気体に対して過剰になるので、無駄であり、ひいては設備費用及び運転費用の低減の妨げとなる。
【００１０】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、被処理気体を受け入れる第一の気体捕集放出装置と、  該第一の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れる第二の気体捕集放出装置とを備え、前記第一の気体捕集放出装置及び第二の気体捕集放出装置は、それぞれ、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【００１２】
以上のように構成される気体分離装置において、前記水和物生成装置は、二重管式熱交換器で構成された水和物生成管路装置であって、内管にゲスト化合物の水溶液と被処理気体の混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体を流通させて混合流体を冷却し、水和物を生成するものであり、前記第二の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置は、前記第一の気体捕集放出装置の水和物生成管路装置に比べて、生成管路長さが短く伝熱面積が少ないこと、生成管路の内管断面積が大きく混合流体の流速が低いこと、水溶液ポンプを送液量が低いものとし混合流体の供給流速が低いこと、生成管路の冷熱媒体流路断面積が大きく冷熱媒体の流速が低いこと、冷熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし冷熱媒体の供給流速が低いこと、冷熱媒体の種類を変更すること、冷熱媒体の供給温度を変更すること、水溶液の濃度を変更すること、のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くすることができる。
【００１３】
本発明の別の態様は、水和物を用いて被処理気体から目的気体を分離する気体分離装置であって、直列に配設する複数段の気体捕集放出装置を備え、最初の段の気体捕集放出装置は被処理気体を受け入れ、二段目以降の気体捕集放出装置は、前段の気体捕集放出装置により放出された気体を受け入れ、前記複数段の気体捕集放出装置は、それぞれ、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を気体とを接触させ、冷却し、これにより気体を捕集した水和物を生成する水和物生成装置と、該水和物生成装置において生成した水和物を加熱して融解し、これにより気体を放出する水和物融解装置とを備え、前記二段目以降の気体捕集放出装置の水和物生成装置は、前段の気体捕集放出装置の水和物生成装置に比べて水和物生成能力が小さいことを特徴とする気体分離装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、水和物生成による分離操作を二段階で行う気体分離装置であって、設備規模の拡大を抑える又は設備費用及び運転費用を低減できる気体分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る気体分離装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の種々の実施形態により本発明を詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【００１７】
＜実施形態＞
図１は本発明の一実施形態に係る気体分離装置を示す系統図である。
【００１８】
図１に示す気体分離装置は、目的気体を含む被処理気体Ａを受け入れ、目的気体を含む水和物を生成して被処理気体Ａから目的気体を捕集し、次いで水和物を加熱して融解し、水和物から目的気体を放出し、目的気体の濃度を高めた濃縮気体Ｂを得る第一の気体捕集放出装置１００と、
第一の気体捕集放出装置１００により処理された濃縮気体Ｂを受け入れ、目的気体を含む水和物を生成して濃縮気体Ｂから目的気体を捕集し、次いで水和物を加熱して融解し、水和物から目的気体を放出し、目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮気体Ｃを得る第二の気体捕集放出装置２００とを備える。
【００１９】
第一の気体捕集放出装置１００と第二の気体捕集放出装置２００は、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液Ｄ，Ｅ（以下、単に「水溶液」という場合がある）を目的気体と接触させ、冷却し、目的気体分子を包接格子内の空隙に取り込んだ水和物を生成することにより、目的気体を含む水和物を生成し、これにより目的気体を捕集する水和物生成装置１０１，２０１と、
該水和物生成装置１０１，２０１において生成した水和物を加熱して融解し、これにより目的気体を放出する水和物融解装置１０２，２０２とをそれぞれ備える。
【００２０】
また、水和物生成装置１０１，２０１において、水和物が水溶液に分散又は懸濁している水和物のスラリーが生成される。
【００２１】
＜第一の気体捕集放出装置１００＞
第一の気体捕集放出装置１００は、目的気体を含む被処理気体Ａの圧力を昇圧し、混合器１０４へ送気する昇圧機１０３、
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を水溶液貯槽１０５から混合器１０４に供給する水溶液ポンプ１０６、
水溶液に被処理気体を混合する混合器１０４、及び
混合器１０４で被処理気体Ａと水溶液Ｄとが混合された混合流体を受け入れ、冷却し、目的気体分子を包接格子内の空隙に取り込んだ水和物を生成し、目的気体を捕集する水和物生成装置（生成管路）１０１、
水和物生成装置で生成された水和物が水溶液に分散又は懸濁している水和物スラリーと、水和物に取り込まれない被処理気体中の残気体とを受け入れ、これらを分離する残気体分離器１０７、
残気体分離器１０７で残気体１１１を分離した水和物スラリーを水和物融解装置１０２に供給する水和物スラリーポンプ１０８、
水和物スラリーを加熱し、水和物を融解して、水和物から取り込んだ目的気体を放出する水和物融解装置１０２、
水和物融解装置１０２で水和物が融解した水溶液と目的気体とを受け入れ、これらを分離し、目的気体の濃度が高められた濃縮気体Ｂを得る目的気体分離器１０９、及び
目的気体分離器１０９で分離された水溶液Ｄを貯留する水溶液貯槽１０５
を備える。
【００２２】
＜第二の気体捕集放出装置２００＞
第一の気体捕集放出装置１００とほぼ同じ構成である。
【００２３】
混合器２０４に第一の気体捕集放出装置１００により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Ｂが供給される。
【００２４】
目的気体分離器２０９で目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮気体Ｃを得る。
【００２５】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１は、第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成装置１０１に比べて水和物生成能力が低いものとすることが好ましい。
【００２６】
ここで、水和物生成能力とは、単位時間当たりの水和物の生成量をいう。
【００２７】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１には、第一の気体捕集放出装置１００により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Ｂと水溶液Ｅの混合流体が供給され、目的気体を含む水和物を生成する。第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１では、第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成装置１０１において水和物を生成する場合に比べて、目的気体の濃度が高められており、また被処理気体から未反応の残気体が除かれていて処理対象となる気体量が減少しているため、第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成装置１０１と同程度の水和物生成能力である必要がなく、適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
【００２８】
さらに、第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１を適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることに伴い、第二の気体捕集放出装置２００の水和物融解装置２０２は、第一の気体捕集放出装置１００の水和物融解装置１０２に比べて水和物融解能力が低いものとすることが好ましい。これにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。ここで、水和物分解能力とは、単位時間当たりの水和物の分解量をいう。
【００２９】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１と水和物融解装置２０２とを、第一の気体捕集放出装置１００のものに比べて水和物生成能力と水和物融解能力とが低いものとすることに伴い、昇圧機２０３、水溶液ポンプ２０６、混合器２０４、残気体分離器２０７、目的気体分離器２０９とを、それぞれの処理能力が低いものとすることができ、設備費用と運転費用を削減することができる。
【００３０】
以下、これらの各機器について説明する。
【００３１】
＜第一の気体捕集放出装置１００＞
〔混合器１０４〕
水溶液ポンプ１０６により後述する水溶液貯槽１０５から水溶液Ｄの供給を受け、この水溶液Ｄに昇圧機１０３により被処理気体Ａの供給を受け、これらを混合する。
【００３２】
水溶液Ｄへの被処理気体Ａの供給は相対的なものであり、水溶液Ｄに向けて気体Ａを放出する場合は勿論、被処理気体Ａに向けて水溶液Ｄを放出する場合もこれに該当する。前者の典型例は、水溶液Ｄが存在する領域への当該領域外からの気体Ａのバブリングであり、その場合、気泡粒径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器１０４の一つの態様としては、混合器１０４が水溶液Ｄを充填したタンクからなり、気体が微細な気泡として水溶液中に分散されるようなものがある。この場合、気液接触面積が大きく取れるように気泡径は小さいほうが好ましい。
【００３３】
後者すなわち被処理気体Ａに向けて水溶液Ｄを放出する場合の典型例は、気体Ａが存在する領域への当該領域外からの水溶液Ｄの噴霧であり、その場合水溶液滴径は小さいほど好ましい。これを実現する混合器１０４の態様として、気体Ａを充填した容器内に水溶液Ｄをスプレーノズルにより噴霧して気体Ａと接触させ、水溶液Ｄに気体Ａを溶解させるようなものがある。
【００３４】
前者、後者のいずれの場合においても、水溶液Ｄへの気体Ａの供給は、気体Ａと水溶液Ｄとの接触面積をより高める手法により行われることが好ましい。
【００３５】
また、混合器１０４としてラインミキサーを用いてもよい。ラインミキサーにおいて水溶液Ｄは筒状体に供給され内面に設けられた翼体等により旋回流が形成され、水溶液Ｄの旋回流に被処理気体Ａが巻き込まれて超微細な気泡群になるように砕かれ、水溶液Ｄと被処理気体Ａとが混合される。
【００３６】
混合器１０４によって水溶液Ｄに被処理気体Ａが混合された後、混合流体は水和物生成装置１０１に送られる。
【００３７】
〔水和物生成装置１０１〕
水和物生成装置１０１は、冷却機能を備えており、混合器１０４で混合された水溶液Ｄと被処理気体Ａとの混合流体を冷却して目的気体を含む水和物を生成し、その水和物が水溶液に分散又は懸濁してなる水和物スラリーを生成する。冷却機能としては冷熱媒体１１０を供給して冷却する熱交換機能を備えることが好ましい。
【００３８】
図１の実施形態では、水和物生成装置１０１は二重管式熱交換器で構成された生成管路であり、内管に水溶液Ｄと被処理気体Ａの混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体１１０を流通させ混合流体を冷却し、水和物を生成する。また、水和物生成装置１０１はシェルアンドチューブ式熱交換器であってもよく、伝熱管内に混合流体を流通させ、シェル内に冷熱媒体１１０を流通させ、伝熱管内の周面を介して、冷熱媒体１１０との熱交換により冷却するようにしてもよい。
【００３９】
また、水和物生成装置１０１においては、被処理気体Ａのうち水和物に含まれず捕集されなかった残りの気体が存在するが、これは未反応の残気体として水和物スラリーとともに水和物生成装置１０１から抜き出され、後述の分離器１０７によって水和物スラリーと分離される。
【００４０】
水和物生成装置１０１において、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。つまり生成するスラリーの温度が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に用いる装置として、冷凍機または外気と冷水とで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熱媒体１１０を供給することができる。特にゲスト分子として第四級アンモニウム塩の一つである臭化テトラｉｓｏペンチルアンモニウム（ＴｉＰＡＢ）を用いた場合は１５℃以上で水和物を生成できるので、外気の熱エネルギー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。
【００４１】
〔残気体分離器１０７〕
残気体分離器１０７は、水和物生成装置１０１から水和物スラリーと未反応の残気体の供給を受けて未反応の残気体１１１を分離する。
【００４２】
残気体分離器１０７の形式は任意であり、例えばデカンター、サイクロンセパレータ、遠心分離機などを利用することができるが、分離した残気体１１１中へのスラリー液滴混入を可能な限り少なくするため、例えば衝突分離式のミストセパレータを併せて用いることが望ましい。
【００４３】
残気体分離器１０７で残気体１１１を分離された水和物スラリーは、水和物スラリーポンプ１０８により水和物融解装置１０２に供給される。
【００４４】
＜水和物融解装置１０２＞
水和物融解装置１０２は、加熱機能を備えており、残気体分離器１０７で残気体１１１が分離された水和物スラリーを導入し、これを加熱して、水和物を融解させて水溶液を生成し、水和物に捕集されていた目的気体を放出させる。加熱機能としては加熱媒体を供給して加熱する熱交換器を備えることが好ましい。
【００４５】
水和物生成装置１０１と同様の構造の二重管式熱交換器とし、冷熱媒体１１０の代わりに加熱媒体１１３を供給する構成としてもよい。
【００４６】
水和物融解装置１０２から排出される気体分は、水和物から放出された目的気体と残存する残気体との混合物であり、被処理気体に比べて目的気体の濃度が高められた濃縮気体となっている。
【００４７】
〔目的気体分離器１０９〕
目的気体の濃縮気体と水溶液からなる混合流体は目的気体分離器１０９に導入され、水溶液Ｄと目的気体の濃縮気体Ｂとに分離され、水溶液Ｄは水溶液ポンプ１１２により水溶液貯槽１０５に送られる。分離された目的気体の濃縮気体Ｂは第二の気体捕集放出装置２００に導入される。
【００４８】
水溶液貯槽１０５に貯留される水溶液Ｄは水溶液ポンプ１０６により混合器１０４に供給される。
【００４９】
目的気体分離器１０９の形式は任意であり、例えばデカンター、サイクロンセパレータ、遠心分離機などを利用することができるが、分離した目的気体の濃縮気体中へのスラリー液滴混入を可能な限り少なくするため、例えば衝突分離式のミストセパレータを併せて用いることが望ましい。
【００５０】
＜第二の気体捕集放出装置２００＞
各機器は第一の気体捕集放出装置１００とほぼ同じ構成である。
【００５１】
混合器２０４に、第一の気体捕集放出装置１００により目的気体の濃度が高められた濃縮気体Ｂが供給される。
【００５２】
目的気体分離器２０９で目的気体の濃度をさらに高めた高濃縮目的気体Ｃを放出する。
【００５３】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１は、第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成装置１０１に比べて水和物生成能力が低いものとなっている。
【００５４】
水和物生成装置２０１の水和物生成能力は、水溶液Ｅと濃縮気体Ｂとの混合流体と、冷熱媒体２１０との熱交換能力に影響を大きく受ける。混合流体と冷熱媒体２１０との熱交換能力を低くすることにより、水和物生成装置２０１の水和物生成能力を低くすることができる。
【００５５】
具体的には、
水和物生成装置２０１に流通する混合流体と冷熱媒体２１０のうち少なくとも一つの流速を減少させること、
伝熱面積を減少させること、
冷熱媒体２１０の種類を変更すること、
冷熱媒体２１０の供給温度を変更すること、
水溶液Ｅの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより熱交換能力を低くすることができる。
【００５６】
水和物生成装置１０１と水和物生成装置２０１が二重管式熱交換器で構成された生成管路である場合には、第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成管路は、
第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成管路に比べて、生成管路長さが短く、伝熱面積が少ないこと、
生成管路の内管断面積が大きく混合流体の流速が低いこと、
水溶液ポンプ２０６を送液量が低いものとし、混合流体の供給流速が低いこと、
生成管路の冷熱媒体流路断面積が大きく、冷熱媒体２１０の流速が低いこと、
冷熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし、冷熱媒体２１０の供給流速が低いこと、
冷熱媒体２１０の種類を変更すること、
冷熱媒体２１０の供給温度を変更すること、
水溶液Ｅの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くするようにされている。
【００５７】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１を、第一の気体捕集放出装置１００の水和物生成装置１０１に比べて水和物生成能力が低いものとし、適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
【００５８】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１を適度な水和物生成能力の水和物生成装置とすることに伴い、第二の気体捕集放出装置２００の水和物融解装置２０２は、第一の気体捕集放出装置１００の水和物融解装置１０２に比べて水和物融解能力が低いものとなっている。
【００５９】
水和物融解装置２０２の水和物融解能力は、水和物スラリーと加熱媒体２１３との熱交換能力に影響を大きく受ける。水和物スラリーと加熱媒体２１３との熱交換能力を低くすることにより、水和物融解装置２０２の水和物融解能力を低くすることができる。
【００６０】
具体的には、
水和物融解装置２０２に流通する水和物スラリーと加熱媒体２１３のうち少なくとも一つの流速を減少させること、
伝熱面積を減少させること、
加熱媒体２１３の種類を変更すること、
加熱媒体２１３の供給温度を変更すること、
水和物スラリーの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより熱交換能力を低くすることができる。
【００６１】
水和物融解装置１０２と水和物融解装置２０２が二重管式熱交換器で構成された融解管路である場合には、第二の気体捕集放出装置２００の水和物融解管路は、
第一の気体捕集放出装置１００の水和物融解管路に比べて、融解管路長さが短く、伝熱面積が少ないこと、
融解管路の内管断面積が大きく水和物スラリーの流速が低いこと、
水和物スラリーポンプ２０８を送液量が低いものとし、水和物スラリーの供給流速が低いこと、
融解管路の加熱媒体流路断面積が大きく、加熱媒体２１３の流速が低いこと、
加熱媒体供給ポンプを送液量が低いものとし、加熱媒体２１３の供給流速が低いこと、
加熱媒体２１３の種類を変更すること、
加熱媒体２１３の供給温度を変更すること、
水和物スラリーの濃度を変更すること
のうち少なくとも一つにより、熱交換能力を低くするようにされている。
【００６２】
第二の気体捕集放出装置２００の水和物融解装置２０２を、第一の気体捕集放出装置１００の水和物融解装置１０２に比べて水和物融解能力が低いものとし、適度な水和物融解能力の水和物融解装置とすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
【００６３】
＜気体分離方法＞
上記のように構成された気体分離装置によって被処理気体Ａから目的気体を分離する方法を説明する。
【００６４】
捕集目的の成分である目的気体を含む被処理気体Ａを、まず、第一の気体捕集放出装置１００に供給し、目的気体の濃縮気体Ｂを得て、濃縮気体Ｂを第二の気体捕集放出装置２００に供給し、所望の濃度にまで濃縮された目的気体Ｃを分離して得る。
【００６５】
被処理気体Ａは第一の気体捕集放出装置１００に導入され、昇圧機１０３により昇圧され、混合器１０４により水溶液Ｄと混合される。混合器１０４により水溶液Ｄに被処理気体Ａが混合され、混合流体とされた後、混合流体は水和物生成装置１０１に送られる。水和物生成装置１０１において、混合流体を冷熱媒体１１０との熱交換などにより冷却して目的気体を含む水和物を生成し、目的気体を捕集し、水和物が水溶液に分散又は懸濁した水和物スラリーが生成される。
【００６６】
水和物生成装置１０１で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が残気体分離器１０７に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体１１１が分離される。分離された水和物スラリーは水和物融解装置１０２に導入される。なお、分離された残気体１１１に目的気体が残存している場合には、例えば残存量が一定量以下になるまで、分離された残気体１１１を再循環して被処理気体に合流させ、混合器１０４に供給することができる。
【００６７】
残気体１１１と分離された水和物スラリーは水和物融解装置１０２に導入され、加熱媒体１１３との熱交換により加熱される。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた目的気体が放出される。目的気体が放出されることにより、水和物融解装置１０２において目的気体の濃度が高められた濃縮気体と水溶液からなる混合流体が生成する。この混合流体は目的気体分離器１０９に導入され、水溶液Ｄと濃縮気体Ｂとに分離される。分離された水溶液Ｄは水溶液貯槽１０５に送られ、混合器１０４に循環供給される。分離された濃縮気体Ｂは第二の気体捕集放出装置２００に導入される。
【００６８】
第二の気体捕集放出装置２００において、昇圧機２０３により昇圧された濃縮気体Ｂは、混合器２０４に導入され、水溶液Ｅと混合される。混合器２０４によって水溶液Ｅに濃縮気体Ｂが混合され、混合流体とされた後、混合流体は水和物生成装置２０１に送られる。水和物生成装置２０１においては、混合流体を冷熱媒体２１０との熱交換などにより冷却して、目的気体を含む水和物を生成し、水和物が水溶液に分散又は懸濁した水和物スラリーが生成される。
【００６９】
水和物生成装置２０１で生成された水和物スラリーと未反応の残気体が残気体分離器２０７に供給され、水和物スラリーと未反応の残気体２１１が分離される。分離された水和物スラリーは水和物融解装置２０２に導入される。
【００７０】
残気体２１１と分離された水和物スラリーは水和物融解装置２０２に導入され、加熱媒体２１３との熱交換により加熱される。この加熱によって、水和物が融解し、水和物に捕集されていた目的気体が放出される。目的気体が放出されることにより、水和物融解装置２０２において目的気体の濃度がさらに高められた高濃縮気体と水溶液からなる混合流体が生成する。この混合流体は目的気体分離器２０９に導入され、水溶液Ｅと高濃縮気体Ｃとに分離される。分離された水溶液Ｅは水溶液貯槽２０５に送られ、混合器２０４に循環供給される。分離された高濃縮気体Ｃは貯留されるか次のプロセスに導入される。
【００７１】
かくして、被処理気体Ａから目的気体を分離でき、第二の気体捕集放出装置２００の水和物生成装置２０１と水和物融解装置２０２とを、第一の気体捕集放出装置１００のものに比べて水和物生成能力と水和物融解能力とが低いものとすることにより、設備規模の拡大を抑え、設備費用と運転費用を削減することができる。
【００７２】
上記の実施形態では、気体捕集放出装置を二段階に設けて気体分離を行ったが、三段階以上に気体捕集放出装置を設けることにより、さらに高濃度に濃縮された目的気体を分離することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００…第一の気体捕集放出装置、１０１，２０１…水和物生成装置、１０２，２０２…水和物融解装置、１０３，２０３…昇圧機、１０４，２０４…混合器、１０５，２０５…水溶液貯槽、１０６，１１２，２０６，２１２…水溶液ポンプ、１０７，２０７…残気体分離器、１０８，２０８…水和物スラリーポンプ、１０９，２０９…目的気体分離器、１１０，２１０…冷熱媒体、１１１，２１１…残気体、１１３，２１３…加熱媒体、２００…第二の気体捕集放出装置、Ａ…被処理気体、Ｂ…濃縮気体、Ｃ…高濃縮目的気体、Ｄ，Ｅ…水溶液。
【図１】
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