JPH1015334A

JPH1015334A - 炭酸ガス精製方法とその装置

Info

Publication number: JPH1015334A
Application number: JP8173437A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Hatano; 茂和畑野; Yoshihiro Kita; 吉博北; Hiroaki Matsumoto; 浩明松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】炭酸ガス精製装置を簡素化し、精製のための
ランニングコストを安価にすること。【解決手段】水不溶性の不純ガスと炭酸ガスを含んだ
源ガスは、加圧吸収塔２に連続的に移送される。加圧吸
収塔２内には水が貯水され、水への溶解度の大きい炭酸
ガスは加圧下のもと吸収液に溶解され、水に溶けにくい
不純ガスは、吸収液を上昇し、加圧吸収塔２内の上部空
間Ａに溜まり、排気管１６により排気される。加圧吸収
塔２の下部からは炭酸ガスを選択的に溶解した吸収液
が、炭酸ガス放散塔３へ排出される。炭酸ガス放散塔３
内では、吸収液は常圧状態が維持されるので、炭酸ガス
が放散され、高純度の精製炭酸ガスとして精製配管１０
を介して回収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純度の高い炭酸ガ
スを容易に精製するための炭酸ガス精製方法とその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の炭酸ガス精製装置３０を
示す。不純ガスと炭酸ガスを含んだ源ガスは、図示され
ていない供給源より源ガス流量調整弁３１で流量を制御
され、吸収塔３２の下部に導入される。吸収塔３２の上
部には供給パイプ３２ａを設け、吸収液流量制御弁３３
により、吸収塔３２内に一定流量の吸収液を供給する。
吸収液には、モノエタノールアミン水溶液が用いられて
いる。吸収塔３２に導入された源ガスは、炭酸ガスのみ
が吸収液に吸収され、その他の不純ガスは吸収液にはほ
とんど吸収されず、吸収塔３２の上部の排気口３２ｂか
ら排ガスとして排出される。

【０００３】炭酸ガスを吸収した吸収液は、管路３４を
介して炭酸ガス吸収液タンク３５に溜められる。次い
で、吸収液はフィードポンプ３６により、吸収液タンク
３５から排出され、フィード液流量制御弁３７で一定流
量に調整され、蒸発塔３８に送られる。蒸留塔３８で
は、炭酸ガスを吸収した吸収液が、リボイラー３９の水
蒸気により間接加熱される。すると、蒸留塔３８の塔頂
３８ａより炭酸ガスと吸収液蒸気が冷却器４０に留出
し、ここで吸収液蒸気のみ冷却凝縮され、吸収液が環流
ライン４１より塔頂３８ａに戻され、精製された炭酸ガ
スのみが管路４０ａから回収される。他方、蒸留塔３８
の塔底３８ｂの吸収炭酸ガスを除去された吸収液は吸収
循環ポンプ４４により送られ、冷却器４３で冷却され、
上記した吸収液流量制御弁３３で一定流量に調整された
後、吸収塔３２上部に配設した供給パイプ３２ａより炭
酸ガスを吸収するための吸収液として、再度導入され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した炭酸ガス精製
装置は、炭酸ガスを吸収した吸収液から炭酸ガスを放出
させるために、蒸留塔などを用いるので運転操作が非常
に複雑である。また、蒸留塔を加熱するための熱源など
を必要とし、ランニングコストが高く、炭酸ガスを吸収
するために特殊な吸収液を用いる必要があり、吸収液の
劣化への対処なども考慮する必要がある。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、運転操作を簡単にするとともに装置を簡素化し、ラ
ンニングコストも安価にすることのできる炭酸ガス精製
方法とその装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
の発明によれば、水への溶解度の小さい不純ガスを含む
炭酸ガスを加圧水中に通気し、炭酸ガスを水に溶解させ
て上記不純ガスと炭酸ガスを分離することを特徴とする
炭酸ガス精製方法によって達成される。また、請求項２
の発明によれば、炭酸ガスを選択的に溶解した加圧水を
減圧し、炭酸ガスの水への平衡溶解度を下げることによ
り、水に溶解した炭酸ガスを気化して回収することを特
徴とする炭酸ガス精製方法によって達成される。また、
請求項３の発明によれば、水への溶解度の小さい不純ガ
ス含む炭酸ガスを加圧水中に通気して炭酸ガスを水に溶
解させて、上記不純ガスと炭酸ガスを分離するための加
圧吸収塔と、該加圧吸収塔内の不純ガスを排気するため
の圧力制御弁と、上記炭酸ガスを溶解した加圧水を減圧
し、炭酸ガスの水への平衡溶解度を下げることにより、
水に溶解した炭酸ガスを気化して回収するガス放散塔
と、該ガス放散塔内の水を加圧吸収塔に循環させる吸収
液循環ポンプとを備えた炭酸ガス精製装置によって達成
される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
炭酸ガス精製方法とその装置の構成について、図面を参
照しながら説明する。

【０００８】図１は、本発明に係る炭酸ガス精製装置１
を示す。炭酸ガス精製装置１は、主として加圧吸収塔２
と炭酸ガス放散塔３により構成される。加圧吸収塔２
は、内部に加圧状態で水４が貯水されている。加圧吸収
塔２の下部には、源ガス吹き込みノズル５が配設され、
このノズル５は管路６を介して、図示されていない圧力
ポンプ及びこのポンプにより圧送される源ガスの供給源
に接続されている。吹き込みノズル５は、吹出口５ａを
多数備えており、源ガス流量制御弁７で流量を制御して
いる。吹き込みノズル５が、源ガスを水中に放出したと
きに、源ガスと水が広く接触するように、吹出口５ａは
水面下深くに配設されている。

【０００９】加圧吸収塔２の底部２ａには管路８が設け
られ、管路８は吸収液抜出流量制御弁９を介在して、上
記した炭酸ガス放散塔３に接続されている。炭酸ガス放
散塔３は、上部に炭酸ガスが排気される精製配管１０が
接続され、下部に吸収液を排水する管路１１が接続され
ている。管路１１には、吸収液を加圧吸収塔２に循環さ
せるための吸収液循環ポンプ１２と、一定流量の吸収液
を加圧吸収塔２に流出するための吸収液流量制御弁１３
が接続されている。ポンプ１２は高圧ポンプを用いる。

【００１０】管路１１の端部は、加圧吸収塔２の上部に
まで延びており、その先端部には吸収液スプレーノズル
１４が接続されている。また、加圧吸収塔２には、吸収
液スプレーノズル１４の下方に、吸収液の水面高さを検
出する液面計１５が配設されている。液面計１５は、吸
収液の水面位置の値を吸収液流量制御弁１３に出力し、
制御弁１３は入力した値の大きさから、吸収液を所定の
流量に調節する。加圧収容塔２の上部には、不純ガスを
排出するための排気管１６が接続され、排気管１６には
圧力制御弁１７及び加圧吸収塔２の内圧を検出する圧力
計１８が配設されている。圧力制御弁１７は、圧力計１
８から圧力値を入力し、加圧収容塔２内が所定の内圧と
なるように、排ガス量を制御する。

【００１１】以上、本発明の実施の形態による炭酸ガス
精製装置１の構成について説明したが、次にその作用に
ついて説明する。水への溶解度の小さい不純ガス、例え
ば窒素ガス、酸素ガスまたは空気と炭酸ガスを含んだ源
ガスは、図示されていない圧縮機等によって加圧され、
源ガス流量調整弁７により一定流量に調整されて、加圧
吸収塔２に連続的に移送される。加圧吸収塔２内で、源
ガスは、吹き込みノズル５の吹出口５ａから噴出され
る。加圧吸収塔２内には、炭酸ガスの吸収液である水４
が貯水され、水への溶解度の大きい炭酸ガスは吸収液に
溶解され、例えば、水に溶けにくい不純ガスは、僅かし
か溶けず、ほとんどが吸収液を上昇し、加圧吸収塔２内
の上部空間Ａに溜まる。表１に各気体の水に対する溶解
度を示す。炭酸ガス（ＣＯ₂）が酸素、窒素より水に対
する溶解度が大きく、水に溶けやすいのが分かる。

【００１２】

【表１】

【００１３】一方、加圧吸収塔２は内部に源ガスが連続
的に送り込まれることで、上部空間Ａの内圧が徐々に大
きくなる。加圧吸収塔２には不純ガス排気管１６が接続
され、ここに配設されている圧力制御弁１７が、圧力計
１８の圧力値を入力して、上部空間Ａの圧力が一定圧、
本実施の形態では５気圧になると５気圧を越えた量だけ
酸素、窒素などの不純ガスを排気する。こうして、加圧
吸収塔２内の圧力は５気圧に維持される。なお、炭酸ガ
ス精製装置１の立ち上がり時に、加圧吸収塔２の上部空
間Ａが常圧になっているような場合は、吸収液循環ポン
プ１２を利用して、水４を加圧吸収塔２内に供給するこ
とにより水位を上げ、上部空間Ａの体積を狭くして、水
４を加圧することもできる。加圧吸収塔２の下部からは
炭酸ガスを選択的に溶解した吸収液が、管路８を通っ
て、吸収液抜出流量制御弁９により連続的に一定量を流
出し、炭酸ガス放散塔３へ排出される。炭酸ガス放散塔
３内で、吸収液は常圧状態に維持されている。

【００１４】図２は、温度１０℃における圧力変化に対
する各気体の水への溶解度を示す。この図から、炭酸ガ
スの水に対する溶解度が圧力に比例しているのが分かる
（ヘンリーの法則）。このように炭酸ガスの水における
平衡溶解度は圧力に比例して減少するため、常圧では、
平衡溶解度以上の炭酸ガスが、炭酸ガス放散塔３内にて
放散される。吸収液にはほぼ炭酸ガスのみが溶解されて
いるので、高純度の精製炭酸ガスとして精製配管１０か
ら回収される。

【００１５】炭酸ガスを放散した吸収液は、吸収液循環
ポンプ１２により管路１１内を圧送され、管路１１の先
端部に接続している吸収液スプレーノズル１４から噴出
され、加圧吸収塔２内に戻される。加圧吸収塔２に設置
された液面計１５と吸収液流量制御弁１３により加圧吸
収塔２内の吸収液面の高さが一定になるように、流量制
御弁１３の流量を制御する。表２は、本実施の形態によ
る炭酸ガス精製装置１により、精製した炭酸ガスの精製
例を示す。表に示すように、空気５％を含む純度９５％
の炭酸ガスが純度９９．７％に向上した。

【００１６】

【表２】

【００１７】なお、図２に示すように、気体の溶解度は
圧力に比例しており、加圧吸収塔２内の圧力を高くする
ほど単位吸収液量当たりの処理可能な炭酸ガス量が増加
し、加圧吸収塔２を小型化できる。表２に示す精製例で
は、加圧圧力として５気圧を用いたが、さらに高圧にし
てもよい。しかし、圧力を大きくすると加圧吸収塔の耐
圧性を強化したり、吸収液循環ポンプ１２の高圧化が必
要になり、コストがかかるので５気圧程度にして、炭酸
ガス精製装置１を可動させることが、コスト面からは望
ましい。コストをかければ、さらに高圧力を用いること
ができる。

【００１８】本実施の形態による炭酸ガス精製装置１
は、従来における炭酸ガス精製装置と比べて、以下のよ
うな効果がある。図３における従来の炭酸ガス精製装置
３０では、吸収塔３２でモノエタノールアミンにより炭
酸ガスを吸収した吸収液は、蒸留塔３８内で水蒸気加熱
による蒸留により、炭酸ガスとモノエタノールアミンと
を分離する必要がある。吸収塔３２での操作は、吸収液
を上部から一定流量でスプレーするだけでよいが、蒸留
塔３８では、蒸留塔下部の缶液を加熱する水蒸気量の調
節及び蒸留塔上部から抜き出す精製炭酸ガスの抜出量の
調節などを、蒸留塔３８にフィードする吸収液中の炭酸
ガス濃度変化に応じて、微妙に調節する必要がある。そ
のため、炭酸ガス精製装置３０の運転操作や制御が非常
に複雑になる。

【００１９】本実施の形態における炭酸ガス精製装置１
では、加圧吸収塔２の吸収液の液面が一定になるように
吸収液を循環すると同時に、加圧吸収塔２上部の炭酸ガ
ス以外の不純ガスの圧力が、一定になるようにガスを排
出するだけの調節をすればよい。したがって、従来の炭
酸ガス精製装置に比べ、運転操作が容易である。

【００２０】従来の炭酸ガス精製装置３０を稼働させる
ために必要とする連続稼働機器、加熱材及び冷却機等
は、吸収液フィードポンプ３６、吸収液循環ポンプ４
４、モノエタノールアミン、蒸留塔加熱用水蒸気、蒸留
塔缶液及び精製炭酸ガス冷却用冷却水である。本実施の
形態による炭酸ガス精製装置１では、加圧循環用の吸収
液循環ポンプ１２と水だけであり、加熱材、冷却材を一
切必要としない。したがって、炭酸ガス精製装置１を稼
働するためのランニングコストは、従来品の半分以下に
なる。さらに、炭酸ガス精製装置１は、従来のように、
図３に示す蒸留塔３８や冷却器４３を必要としないの
で、設置スペースも半分以下になり、小型化することが
できる。

【００２１】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。例え
ば、以上の実施の形態では、加圧吸収塔２で吸収液を５
気圧で加圧し、ガス放散塔３では常圧にしたが、この圧
力差については、圧力差があれば何気圧の差があっても
よいし、ガス放散塔３の内圧についても、常圧で行う必
要はなく、一定圧で行う必要もない。また、以上の実施
の形態に用いた源ガスとして、燃焼排ガスを使用するこ
とができる。しかし、燃焼排ガス中の炭酸ガスの濃度は
１５％位であるので、純度の高い炭酸ガスを得るには、
炭酸ガス精製装置１の炭酸ガス精製配管１０の端部に、
同様の炭酸ガス精製装置１を直列に並べ、多段に用いる
ことにより、高純度の炭酸ガスを精製することができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１の
発明によれば、水への溶解度が小さい不純ガスを含む精
製ガスを、加圧水中に通気した炭酸ガスを水に溶解させ
たので、不純ガスと炭酸ガスを分離することができる。
また、請求項２の発明によれば、炭酸ガスを選択的に溶
解した加圧水を減圧したので、水に溶解した炭酸ガスを
気化させて回収することができる。請求項３の発明によ
れば、炭酸ガス精製装置の設置スペースを小さくし、ラ
ンニングコストを安価にし、装置の運転、制御を簡単に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による炭酸ガス精製装置の
概略図である。

【図２】炭酸ガス、酸素及び窒素ガスの気圧の変化に対
する水への溶解度を示すグラフである。

【図３】従来における炭酸ガス精製装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１炭酸ガス精製装置２加圧吸収塔３炭酸ガス放散塔４水５源ガス吹き込みノズル７，１３流量制御弁８，１１管路１０精製配管１２吸収液循環ポンプ１７圧力制御弁１８圧力計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水への溶解度の小さい不純ガスを含む炭
酸ガスを加圧水中に通気し、炭酸ガスを水に溶解させて
上記不純ガスと炭酸ガスを分離することを特徴とする炭
酸ガス精製方法。
【請求項２】炭酸ガスを選択的に溶解した加圧水を減
圧し、炭酸ガスの水への平衡溶解度を下げることによ
り、水に溶解した炭酸ガスを気化して回収することを特
徴とする炭酸ガス精製方法。
【請求項３】水への溶解度の小さい不純ガス含む炭酸
ガスを加圧水中に通気して炭酸ガスを水に溶解させて、
上記不純ガスと炭酸ガスを分離するための加圧吸収塔
と、該加圧吸収塔内の不純ガスを排気するための圧力制
御弁と、上記炭酸ガスを溶解した加圧水を減圧し、炭酸
ガスの水への平衡溶解度を下げることにより、水に溶解
した炭酸ガスを気化して回収するガス放散塔と、該ガス
放散塔内の水を加圧吸収塔に循環させる吸収液循環ポン
プとを備えた炭酸ガス精製装置。