(57)【要約】【課題】原料ガスである燃焼排ガスの組成が変動しても十分に安定的に二酸化炭素を製造可能な設備及び方法を提供する。【解決手段】本発明に係る二酸化炭素製造設備は、原料ガスである燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン溶液に吸収させる吸収部、及び、二酸化炭素を吸収したアミン溶液を加熱して再生させる再生部を有するＣＯ２化学吸収装置と、吸収部において二酸化炭素を吸収したアミン溶液を、一時的に受け入れるとともに滞留させるバッファ部とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスである燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン溶液に吸収させる吸収部、及び、二酸化炭素を吸収したアミン溶液を加熱して再生させる再生部を有するＣＯ２化学吸収装置と、
前記吸収部において二酸化炭素を吸収したアミン溶液を、一時的に受け入れるとともに滞留させるバッファ部と、
を備える二酸化炭素製造設備。
【請求項２】
前記バッファ部は、二酸化炭素を吸収した前記アミン溶液の滞留時間が１分以上となる容量を有する、請求項１に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項３】
前記吸収部の上流側に、前記吸収部へのガスの供給を止める遮断装置を更に備える、請求項１又は２に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項４】
前記燃焼排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素濃度の少なくとも一方を測定する装置を更に備え、当該装置の測定値が閾値を超えたときに前記遮断装置が作動するように構成されている、請求項３に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項５】
前記吸収部の上流側に、前記燃焼排ガスを脱硫処理する脱硫装置を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項６】
還元触媒が収容されており、前記再生部からの二酸化炭素含有ガスと前記還元触媒とが接触する還元処理装置を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項７】
活性炭が収容されており、前記還元処理装置からの二酸化炭素含有ガスと活性炭とが接触する吸着処理装置を更に備える、請求項６に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項８】
前記バッファ部は、前記吸収部から前記再生部にアミン溶液を移送するラインの途中に設けられたバッファタンクである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項９】
前記バッファ部は、前記吸収部を有する吸収塔内に設けられている、あるいは、前記吸収塔に併設されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項１０】
前記バッファ部は、前記再生部を有する再生塔内に設けられている、あるいは、前記再生塔に併設されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造設備。
【請求項１１】
原料ガスである燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収塔内においてアミン溶液に吸収させる工程と、
二酸化炭素を吸収した前記アミン溶液を、バッファ部に導入するとともに前記バッファ部において当該アミン溶液を滞留させる工程と、
二酸化炭素を吸収した前記アミン溶液を再生塔内において加熱して再生させる工程と、
をこの順序で備える二酸化炭素製造方法。
【請求項１２】
前記バッファ部における当該アミン溶液の滞留時間は１分以上である、請求項１１に記載の二酸化炭素製造方法。
【請求項１３】
前記燃焼排ガスの所定成分の濃度が上昇したとき、前記吸収塔へのガスの供給を遮断する工程を更に備える、請求項１１又は１２に記載の二酸化炭素製造方法。
【請求項１４】
前記燃焼排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素濃度の少なくとも一方を測定する工程を更に備え、その測定値が閾値を超えたときに前記吸収塔へのガスの供給を遮断する、請求項１３に記載の二酸化炭素製造方法。
【請求項１５】
前記吸収塔の上流側において、前記燃焼排ガスを脱硫処理する工程を更に備える、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造方法。
【請求項１６】
前記再生塔からの二酸化炭素含有ガスと還元触媒とを接触させる工程を更に備える、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造方法。
【請求項１７】
前記再生塔からの二酸化炭素含有ガスと活性炭とを接触させる工程を更に備える、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の二酸化炭素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を含む燃焼排ガスから二酸化炭素を安定的に製造するための設備及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を分離する方法として、吸収法（化学吸収法及び物理吸収法）、吸着法（ＰＳＡ法）並びに膜分離法などが知られている。特許文献１〜３は、二酸化炭素を含む混合ガスをＰＳＡ法などによって処理する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１７６４１６号公報
【特許文献２】特許第５３２５４３５号公報
【特許文献３】特開昭６３−９７２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、通常、燃焼排ガスには二酸化炭素の他に種々の微量成分（不純物）が含まれている。微量成分の例として、硫黄化合物、窒素化合物、炭化水素、一酸化炭素、酸素などが挙げられる。燃焼排ガスの組成は燃料の組成及び燃焼条件などの変動に起因して変動しやすい。従来の分離方法では燃焼排ガスの組成変動に伴って製品二酸化炭素の品質又は生産量が変動しやすく、より安定的に二酸化炭素を製造するには未だ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、原料ガスである燃焼排ガスの組成が変動しても十分に安定的に二酸化炭素を製造可能な設備及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る二酸化炭素製造設備は、原料ガスである燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン溶液に吸収させる吸収部及び二酸化炭素を吸収したアミン溶液を加熱して再生させる再生部を有するＣＯ２化学吸収装置と、吸収部において二酸化炭素を吸収したアミン溶液を、一時的に受け入れるとともに滞留させるバッファ部とを備える。
【０００７】
上記設備は、二酸化炭素を吸収したアミン溶液（リッチ液）を滞留させるバッファ部を有する。バッファ部を設けたことで、燃焼排ガスの組成が変動してもそれを平準化できる。これにより、再生部及びその下流側に必要に応じて設置される装置の処理能力を平準化された燃焼排ガスの組成に合せて設定することができ、設備のコンパクト化が可能であるとともに高品質の製造二酸化炭素を安定的且つ低コストで製造できる。また、バッファ部において滞留させる流体が液体（アミン溶液）であるため、バッファ部として大規模なタンクなどを必要としないという利点がある。例えば、滞留させる流体を燃焼排ガス自体とすると、極めて大規模であり且つ気密性の高いタンクを準備する必要がある。
【０００８】
上記設備は、吸収部の上流側に、吸収部へのガスの供給を止める遮断装置を更に備えてもよい。遮断装置を設けることで、過剰の微量成分がＣＯ２化学吸収装置及び必要に応じて設置される装置に導入されることを防止できる。これにより、ＣＯ２化学吸収装置及びその下流側の装置の処理能力を通常時の範囲に合せて設定することができ、設備のコンパクト化が可能であるとともに設備に要するコストを削減できる。
【０００９】
本発明者らは、燃焼排ガスに含まれ得る上記微量成分がアミン溶液に悪影響を及ぼすか否か、また上記微量成分がアミン溶液に取り込まれるか否かについて評価試験を行った。その結果、上記設備が以下の構成を更に備えたものであれば、比較的コンパクトでありながら高い純度の二酸化炭素を効率的に製造できるという知見が得られた。この知見に基づいてなされた設備の一態様は、上流側から下流側に向けて、脱硫装置、ＣＯ２化学吸収装置（吸収部、バッファ部及び再生部）、還元処理装置並びに吸着処理装置をこの順序で配置されている。ここでいう微量成分としては、硫黄分（還元性／酸化性）、芳香族系化合物、ＮＯＸ（一酸化窒素及び二酸化窒素）、芳香族化合物、炭化水素、タール分、一酸化炭素及び酸素等を意味する。
【００１０】
排ガスに含まれ得る成分のアミン溶液に対する特性及びそれを除去するための対策は以下のとおりである。
（１）硫黄酸化物
硫黄酸化物はアミン溶液の性能を低下させる特性を有する。このため、脱硫装置はＣＯ２化学吸収装置（吸収塔及び再生塔）の上流側に配置すべきである。脱硫装置における処理によって排ガスの硫黄酸化物濃度を５質量ｐｐｍ以下程度にまで低減することが好ましい。脱硫処理に使用する溶液としてはアルカリ水溶液が挙げられる。
【００１１】
（２）一酸化炭素、メタン、炭素数２〜４の炭化水素及び窒素
これらの成分は、アミン溶液に特に影響を及ぼさず、また吸収塔内においてアミン溶液と接触してもアミン溶液に吸収されにくい特性を有する。したがって、これらの成分の大部分は吸収塔上部から排出される。ただし、例えばメタンのごく少量はアミン溶液に吸収され又は気泡として混入し、その後、再生塔において気相に移行し、二酸化炭素含有ガスの不純物の一部となる。これらの成分の原料ガス中の量を基準とすると、二酸化炭素含有ガス中のその量は１／５０〜１／１００００にまで希釈される。したがって、これらの成分については追加の対策を施さなくてもよい。
【００１２】
（３）硫化水素、芳香族炭化水素（ＢＴＸ）及び炭素数５以上の炭化水素
これらの成分は、アミン溶液に特に影響を及ぼさないものの、吸収塔においてアミン溶液に吸収される特性を有する。アミン溶液に吸収されたこれらの成分は、再生塔において加熱されることによって気化し、二酸化炭素含有ガスの不純物の一部となる。この二酸化炭素含有ガスにおいては、原料ガスと比較すると二酸化炭素の純度が上がることにより全体のガス量が少なくなるため、これらの成分は濃縮される結果となる。濃縮されたガスを吸着処理装置に供給することで、当該装置において効率的な除去処理が可能である。なお、ＢＴＸとはベンゼン、トルエン及びキシレンを意味する。
【００１３】
（４）ＮＯＸ（一酸化窒素及び二酸化窒素）及び酸素
これらの成分は、アミン溶液と接触してもアミン溶液に吸収されにくい特性を有する。したがって、これらの成分の大部分は吸収塔上部から排出される。ただし、例えば酸素のごく少量はアミン溶液に吸収され又は気泡として混入し、その後、再生塔において気相に移行し、二酸化炭素含有ガスの不純物の一部となる。これらの成分の原料ガス中の量を基準とすると、二酸化炭素含有ガス中のその量は１／５０〜１／１００００にまで希釈される。これらの成分の含有量を更に低減することが必要な場合は、吸着処理装置の上流側に配置した還元処理装置によってＮＯＸ及び酸素を除去する。ＮＯＸ及び酸素の除去には例えば水素と貴金属触媒を用いた還元分解装置などを使用すればよい。除去処理により、二酸化炭素含有ガスに残存するＮＯＸ及び酸素の濃度を５質量ｐｐｍ以下にまで低減してもよい。
【００１４】
本発明は二酸化炭素製造方法を提供する。この方法は、原料ガスである燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミン溶液に吸収させる工程と、二酸化炭素を吸収したアミン溶液を、バッファ部に導入するとともにバッファ部において当該アミン溶液を滞留させる工程と、二酸化炭素を吸収したアミン溶液を加熱して再生させる工程とをこの順序で備える。この方法によれば、原料ガスである燃焼排ガスの組成が変動しても十分に安定的に二酸化炭素を製造できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、原料ガスである燃焼排ガスの組成が変動しても十分に安定的に二酸化炭素を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る二酸化炭素製造設備の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】燃焼排ガスに含まれる微量成分量の変動の一例を示すグラフである。
【図３】（ａ）はバッファタンクを備えた設備で製造された製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動を示すグラフであり、（ｂ）はバッファタンクを備えない装置で製造された製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動を示すグラフである。
【図４】本発明に係る二酸化炭素製造設備の他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜二酸化炭素製造設備＞
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１に示す二酸化炭素製造設備２０は、脱硫装置１と、吸収塔２と、再生塔３と、触媒塔（還元処理装置）８と、吸着塔（吸着処理装置）９とを備え、これらが上流から下流に向けてこの順序で配置されている。吸収塔２と再生塔３とによってＣＯ２化学吸収装置１０が構成されている。以下、各装置について説明する。以下の説明において、流体を移送するための配管を「ライン」と称する。
【００１８】
脱硫装置１は、原料ガスである排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去するための装置である。ラインＬ１を通じて排ガスが脱硫装置１に供給される。脱硫装置１は、内部に充填槽１ａを有する。脱硫装置１には図示しないラインを通じてアルカリ水溶液が供給される。充填槽１ａにおいて原料ガスとアルカリ水溶液とが気液接触することでアルカリ溶液に硫黄酸化物が吸収される。アルカリ水溶液としては、炭酸カルシウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液及びアンモニア水などが挙げられる。
【００１９】
ラインＬ１には遮断装置１２が設けられている。遮断装置１２は、組成が変動しやすい燃焼排ガスの組成が通常時の範囲から逸脱し、微量成分の含有量が所定値以上に上昇した場合に作動するように制御されている。遮断装置１２を設けることで、過剰の微量成分がＣＯ２化学吸収装置１０及びその下流側の装置（触媒塔８及び吸着塔９）に導入されることを防止できる。これにより、ＣＯ２化学吸収装置１０及びその下流側の装置の処理能力を通常時の範囲に合せて設定することができ、設備のコンパクト化が可能であるとともに設備に要するコストを削減できる（図２参照）。
【００２０】
図２の横軸は時間（分）を示し、縦軸は燃焼排ガスに含まれる微量成分（不純物）の相対値（平均値を１とする）を示す。図２に示す例は微量成分量の閾値を平均値の３倍に設定した場合であり、この閾値を超えたときに遮断装置１２が作動するように制御されている。微量成分量のピークカットをすることにより、二酸化炭素製造設備２０の最大処理能力を低く設定できるという利点がある。
【００２１】
遮断装置１２は、例えば、切替弁と、排ガス中の微量成分の量を監視するセンサーと、センサーからの信号を切替弁に送って切替弁を閉じるための発信手段とによって構成される。なお、遮断装置１２は、ＣＯ２化学吸収装置１０の上流側に設置すればよく、ラインＬ１に設置する代わりに、あるいは、ラインＬ１に設置するとともに後述のラインＬ２に設置してもよい。
【００２２】
二酸化炭素製造用の原料ガスとなり得る燃焼排ガスとしては、例えば製鉄所等の設備からの排ガス又は燃焼排ガスが挙げられる。その他の原料ガスとして、ＬＮＧ火力発電所排ガスのようなＣＯ２濃度が比較的低い（≧５体積％）ガスから、製油所の水素製造工程からのオフガスのようなＣＯ２濃度が比較的高い（≦６０体積％）ガスなどが挙げられる。
【００２３】
原料ガスである燃焼排ガスは、二酸化炭素の他に以下の成分（１）〜（４）を含み得る。成分のグループ分けは、上述のとおり、アミン溶液に対する特性に基づくものである。なお、原料ガスとして使用し得る排ガスは、必ずしも成分（１）〜（４）の全てを含んでいる必要はなく、これらの成分のうちいずれかを含有しなくてもよい。
成分（１）硫黄酸化物
成分（２）一酸化炭素、メタン、炭素数２〜４の炭化水素及び窒素
成分（３）ＮＯＸ（一酸化窒素及び二酸化窒素）及び酸素
成分（４）硫化水素、芳香族炭化水素（ＢＴＸ）及び炭素数５以上の炭化水素
【００２４】
表１に原料ガスとして使用可能な燃焼排ガスに含まれる成分及びその含有量の好適な範囲を示す。なお、表１中の成分（２）は、上述のとおり、吸収塔内においてアミン溶液と接触してもアミン溶液に吸収されにくい特性を有し、その大部分は吸収塔上部から排出されるため、含有量の好適な範囲は特にない。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
吸収塔２は、二酸化炭素を含む排ガスとアミン溶液とを気液接触させてアミン溶液に排ガス中の二酸化炭素を吸収させるためのものである。脱硫装置１の上部に接続されたラインＬ２を通じ、脱硫処理後の排ガスが吸収塔２へと移送される。アミン溶液としては、モノエタノールアミン溶液（ＭＥＡ溶液）、メチルジエタノールアミン溶液（ＭＤＥＡ溶液）などのアミン類を使用でき、特に制限されない。
【００２７】
吸収塔２の塔底部は、ラインＬ２が接続された入口２ａと、二酸化炭素を吸収したアミン溶液（リッチ液）を排出する出口２ｂとを有する。出口２ｂにはラインＬ３が接続されている。吸収塔２の塔頂部は、再生塔３からのリーン液が供給される入口２ｃと、アミン溶液に吸収されないガスを排出する出口２ｄとを有する。入口２ｃには再生塔３からのリーン液を移送するラインＬ５が接続されている。吸収塔２は、排ガスとアミン溶液とを効率的に接触させるため、例えば金属製又は樹脂製の充填槽（吸収部）２ｅを内部に有する。なお、出口２ｄにはアミン溶液に吸収されないガスを放出するためのラインＬ４が接続されている。
【００２８】
入口２ｃからのアミン溶液（リーン液）が充填槽２ｅにおいて排ガスと接触すると、発熱を伴う反応によって排ガス中の二酸化炭素を吸収する。これによりリーン液がリッチ液となる。なお、ここでいうリーン液及びリッチ液はそれぞれ二酸化炭素濃度を基準とするものであり、二酸化炭素が所定濃度未満であるアミン溶液をリーン液といい、二酸化炭素が所定濃度以上であるアミン溶液をリッチ液という。
【００２９】
再生塔３は、吸収塔２からのリッチ液を加熱することにより、リッチ液から二酸化炭素を高い濃度で含む二酸化炭素含有ガスを回収するためのものである。再生塔３における加熱処理によってリッチ液が再生されてリーン液となる。
【００３０】
再生塔３の塔底部は、ラインＬ５が接続された出口３ａを有する。ラインＬ５は途中で分岐したラインＬ５ａを有する。なお、ラインＬ５ａは再生塔３の本体から分岐していてもよい。ラインＬ５ａの途中にはリボイラ４が設けられ、また、その先端は再生塔３の下部に形成された入口３ｂに接続されている。リボイラ４はリボイラ４内のアミン溶液の温度を制御するための温度制御部４ａを有する。
【００３１】
再生塔３の塔頂部は、ラインＬ３が接続された入口３ｃと、二酸化炭素含有ガスを排出するための出口３ｄとを有する。再生塔３は、例えば金属製又は樹脂製の充填槽（再生部）３ｆを内部に有する。リッチ吸収液が充填槽３ｆを下方へ流れ、その際に二酸化炭素が分離される。またリボイラ４による加熱によっても二酸化炭素が分離される。リッチ液からは二酸化炭素と同時に水蒸気も分離される。二酸化炭素等が分離されて再生したアミン溶液（リーン液）は出口３ａから排出され、ラインＬ５を通じて吸収塔２へと返送される。
【００３２】
リッチ液を再生塔３に移送するためのラインＬ３は、その途中にバッファタンク（バッファ部）１５と、ポンプＰ１と、熱交換器Ｈ１とを有する。ラインＬ３で移送されるリッチ液は、熱交換器Ｈ１におけるリーン液との熱交換によって所定温度まで加熱される。
【００３３】
バッファタンク１５は、リッチ液を一時的に受け入れるとともに滞留させるためのものである。ラインＬ３の途中にバッファタンク１５を設けることで、
排ガス中の微量成分であってアミン溶液に吸収され又は混入し得る成分（硫黄酸化物、硫化水素、炭素数５以上の炭化水素、芳香族炭化水素、ＮＯＸ及び酸素）の量が短時間（例えば１〜３分）のうちに変動しても、それを平準化できるという利点がある。これにより、再生塔３及びその下流側の装置の処理能力を平準化された微量成分量に合せて設定することができ、設備のコンパクト化が可能であるとともに高品質の製造二酸化炭素を安定的且つ低コストで製造できる。また、バッファタンク１５をラインＬ３の途中に設けることで、バッファタンク１５として大規模なものを必要としないという利点がある。例えば、排ガスが移送されるラインＬ１又はラインＬ２にバッファタンクを設けようとした場合、極めて大規模であり且つ気密性の高いタンクを準備する必要がある。また、バッファタンク１５を設けることで、製品二酸化炭素濃度及び不純物濃度の変動幅を十分に小さくできるという効果も奏される。原料ガスである排ガスの組成変動の程度にもよるが、バッファタンク１５を設けない場合と比較し、これらの変動幅を数十分の一程度以下に抑えることができる。バッファタンク１５の容量は、例えば排ガスに含まれる微量成分量の変動の幅及び頻度に応じて設定すればよい。バッファタンク１５の滞留時間は１分以上であればよく、５〜１５分程度であってもよい。なお、ここでいう滞留時間とは、バッファタンク１５の容量ＶＢを、ラインＬ３を流れるリッチ液（アミン溶液）の定常状態における平均流量Ｑによって除すことによって算出される値（ＶＢ／Ｑ）を意味する。
【００３４】
また、バッファタンク１５を設けることで、製品二酸化炭素に含まれる微量成分（不純物）の量の変動幅を十分に小さくできる。図３の（ａ）は、図１の二酸化炭素製造設備２０と同様の構成を有する設備で製造される製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動を示すグラフである。原料ガスとして燃焼排ガスを使用し、バッファタンクの滞留時間（ＶＢ／Ｑ）は約１０分とした。図３の（ａ）は製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動幅が十分に小さく、微量成分量の平均値を１とするとその変動幅は０．０１程度であったことを示している。これに対し、図３の（ｂ）は、バッファタンクを備えない以外は図１の二酸化炭素製造設備２０と同様の構成を有する設備で製造される製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動を示すグラフである。原料ガスとして燃焼排ガスを使用した。図３の（ｂ）は、製品二酸化炭素に含まれる微量成分量の変動幅は図３の（ａ）よりも大きく、微量成分量の平均値を１とするとその変動幅は０．８程度であったことを示している。
【００３５】
リーン液を吸収塔２に返送するためのラインＬ５は、その途中にポンプＰ２と、熱交換器Ｈ２とを有する。リーン液は、熱交換器Ｈ１，Ｈ２における熱交換によって所定温度まで冷却される。
【００３６】
再生塔３の出口３ｄには二酸化炭素含有ガスを移送するためのラインＬ６が接続されている。ラインＬ６内を流れる二酸化炭素含有ガスは、例えば他のガスとの熱交換によって冷却され、ラインＬ６の途中に設けられた気液分離器５によって水分が除去される。気液分離器５で回収された水は、再生塔３上部に設けられた入口３ｅからラインＬ７を通じて再生塔３内に戻される。気液分離器５で分離された二酸化炭素含有ガスは、ラインＬ６及びラインＬ８を通じて触媒塔８へと移送される。ラインＬ８の途中には、再生塔３の圧力を制御するための圧力制御弁６と、二酸化炭素含有ガスを昇圧するための圧縮機７とが設けられている。
【００３７】
触媒塔８は、二酸化炭素含有ガスに含まれるＮＯＸ及び酸素を除去するためのものである。ラインＬ７，Ｌ８を通じて再生塔３からの二酸化炭素含有ガスが触媒塔８に供給される。触媒塔８は、還元触媒が充填された触媒層８ａを内部に有し、二酸化炭素含有ガスが触媒層８ａを通過することで、二酸化炭素含有ガスに含まれるＮＯＸ及び酸素が除去される。還元触媒としては、公知の脱酸素触媒を使用でき、担体（例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム）に貴金属（例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム又はこれらの合金）を担持させた触媒を使用できる。これらの成分が除去された二酸化炭素含有ガスは、ラインＬ９を通じて吸着塔９へと移送される。
【００３８】
触媒塔８に供給される二酸化炭素含有ガスの量は原料ガスの量の数分の一程度にまで低減されるため、触媒塔８を吸収塔２よりも上流側に設ける場合と比較して触媒塔８の処理ガス量を十分に小さくできる。
【００３９】
吸着塔９は、触媒塔８からの二酸化炭素含有ガスに含まれる硫化水素、炭素数５以上の炭化水素及び芳香族炭化水素（ＢＴＸ）等を除去するためのものである。吸着塔９は、活性炭が充填された活性炭層９ａを内部に有し、二酸化炭素含有ガスが活性炭層９ａを通過することで、二酸化炭素含有ガスに含まれる上記成分が除去される。吸着塔９にはラインＬ１０が接続されており、ラインＬ１０を通じて製品二酸化炭素が目的地（例えばＣＯ２液化設備）まで移送される。
【００４０】
吸着塔９は、触媒塔８からの二酸化炭素含有ガスに含まれる硫化水素、炭素数５以上の炭化水素及び芳香族炭化水素（ＢＴＸ）等を除去するためのものである。吸着塔９は、活性炭が充填された活性炭層９ａを内部に有し、二酸化炭素含有ガスが活性炭層９ａを通過することで、二酸化炭素含有ガスに含まれる上記成分が除去される。吸着塔９にはラインＬ１０が接続されており、ラインＬ１０を通じて製品二酸化炭素が目的地（例えばＣＯ２液化設備）まで移送される。吸着塔９の処理ガス量は上述の触媒塔８と同様、吸着塔９を吸収塔２よりも上流側に設ける場合と比較して吸着塔９の処理ガス量を十分に小さくできる。
【００４１】
＜二酸化炭素製造方法＞
次に、上述の二酸化炭素製造設備２０によって製品二酸化炭素を製造する方法について説明する。まず、ラインＬ１を通じて排ガス（原料ガス）を脱硫装置１に供給し、脱硫装置１内において排ガスの脱硫処理を行う（第１工程）。
【００４２】
原料ガスの所定成分の濃度が上昇したときに吸収塔２への原料ガス（又は排ガス）の供給を遮断する工程を更に備えてもよい。例えば、排ガスの硫黄酸化物濃度がある閾値を超えたときに、排ガスの供給が止まるように遮断装置１２の動作を設定してもよい。この場合、上記閾値は、脱硫装置１の処理能力に応じて設定することができる。排ガスの硫黄酸化物濃度が上昇したときに排ガスの供給を遮断することで、脱硫装置１で除去しきれなかった硫黄酸化物が吸収塔２に至り、アミン溶液を劣化させることを十分に抑制できる。あるいは、原料ガスが燃焼排ガスである場合、原料ガスに含まれる未燃成分の量が増加したときに遮断装置１２が作動するようにしてもよい。なお、未燃成分の増加は、燃焼排ガスの残存酸素濃度の低下、又は、残存ＣＯ濃度の上昇によって検知することができる。原料ガスが燃焼排ガスである場合、酸素濃度及び一酸化炭素濃度の少なくとも一方を測定する装置を採用し、その測定値が閾値を超えたときに遮断装置１２が作動するように構成されている
【００４３】
脱硫装置１内においては、排ガスに対してアルカリ水溶液を例えば噴霧することによって排ガスに含まれる硫黄酸化物をアルカリ水溶液に吸収させる。後段のアミン溶液に与える影響を十分に小さくする観点から、脱硫装置１における処理によって排ガスの硫黄酸化物濃度を５質量ｐｐｍ以下程度（より好ましくは１質量ｐｐｍ以下）にまで低減することが好ましい。
【００４４】
脱硫装置１からの排ガスをラインＬ２を通じて吸収塔２に供給し、吸収塔２内において排ガスとアミン溶液とを気液接触させる（第２工程）。これにより、アミン溶液に二酸化炭素を吸収させる。アミン溶液には二酸化炭素とともに上記成分（３）も吸収される。一方、成分（２）及び成分（４）の大部分はアミン溶液に吸収されずに出口２ｄから排出される。原料ガス中の上記成分（２）及び成分（４）の量を基準とすると、二酸化炭素含有ガス中のその量の希釈度は１／５０〜１／１００００となる。
【００４５】
吸収塔２内の温度は、例えばアミン溶液の種類に応じて設定すればよく、好ましくは２０〜５０℃であり、より好ましくは３０〜４０℃である。吸収塔２内の圧力は０〜１．０ＭＰａ程度とすればよい。
【００４６】
吸収塔２からのリッチ液をラインＬ３の途中に設けられたバッファタンク１５にリッチ液を供給する。バッファタンク１５内においてリッチ液を所定の時間にわたって滞留させることで、原料ガスの組成が変動しても製品二酸化炭素の生産量の変動を十分に抑制できる。
【００４７】
再生塔３にラインＬ３を通じてリッチ液を供給し、再生塔３内においてリッチ液を加熱処理する（第３工程）。これにより、リッチ液から二酸化炭素を分離させるとともにリッチ液をリーン液に再生させる。リッチ液からは二酸化炭素とともに上記成分（２）〜（４）も分離される。再生塔３内の温度は、例えばアミン溶液の種類に応じて設定すればよく、好ましくは８０〜１３０℃である。再生塔３内の圧力は０〜０．３ＭＰａ程度とすればよい。
【００４８】
再生塔３からの二酸化炭素含有ガスをラインＬ６を通じて気液分離器５に供給して水分を除去した後、更にラインＬ７を通じて触媒塔８に供給する。触媒塔８に供給される二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素濃度は、好ましくは９９体積％以上であり、より好ましくは９９．９体積％である。この時点での二酸化炭素濃度が９９．９体積％以上であれば、十分に高い純度の製品二酸化炭素を最終的に製造できる。
【００４９】
触媒塔８内において、二酸化炭素含有ガスと還元触媒とを接触させる（第４工程）。これにより、二酸化炭素含有ガスに含まれる酸素及び成分（３）を分解除去する。貴金属担持触媒を使用する場合は、水素雰囲気下とし還元処理をすればよい。触媒塔８内の温度は１００〜３００℃程度とすればよい。触媒塔８内の圧力は０〜３ＭＰａ程度とすればよい。
【００５０】
製品二酸化炭素の品質確保の観点から、触媒塔８における処理によって二酸化炭素含有ガスのＮＯＸ濃度を５質量ｐｐｍ以下（より好ましくは１質量ｐｐｍ以下）にまで低減することが好ましい。
【００５１】
吸着塔９内において、二酸化炭素含有ガスと活性炭とを接触させる（第５工程）。これにより、二酸化炭素含有ガスに含まれる上記成分（４）を除去する。吸着塔９内の温度は０〜４０℃程度とすればよい。吸着塔９内の圧力は０〜３ＭＰａ程度とすればよい。
【００５２】
表２に製品二酸化炭素の純度の好適な範囲とともに、これに残存し得る不純物（微量成分）の許容量の範囲を示す。製品二酸化炭素は、下表の条件を満たすことにより工業用二酸化炭素（例えば飲料用及び溶接用）として使用することも可能である。表２中、「Ｎ．Ｄ．」は不検出（Ｎｏｔ  Ｄｅｔｅｃｔｅｄ）を意味する。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、脱硫装置１、触媒塔８及び吸着塔９などを備えた設備を例示したが、原料ガスの種類及び製品二酸化炭素の純度等によっては、脱硫装置１、触媒塔８及び吸着塔９の少なくとも一部を採用しなくてもよい。図４に示す二酸化炭素製造設備３０は、原料ガスを供給するラインＬ１と、遮断装置１２と、吸収塔２と、バッファタンク１５と、再生塔３と、これらを接続するラインとを備える。
【００５５】
また、上記実施形態においては、バッファ部としてのバッファタンク１５をラインＬ３の途中に設けた場合を例示したが、バッファ部は吸収塔２内であって充填槽２ｅの下流側に設けてもよいし、吸収塔２に併設してもよい。また、バッファ部は再生塔３内であって充填槽３ｆの上流側に設けてもよいし、再生塔３に併設してもよい。更に、これらの箇所のうちの複数の箇所にバッファ部を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…脱硫装置、２…吸収塔、２ｅ…充填槽（吸収部）、３…再生塔、３ｆ…充填槽（再生部）、８…触媒塔（還元処理装置）、９…吸着塔（吸着処理装置）、１０…ＣＯ２化学吸収装置、１２…遮断装置、１５…バッファタンク（バッファ部）、２０，３０…二酸化炭素製造設備。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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