特許 6588265 二酸化炭素の分離回収方法および分離回収システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588265

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】二酸化炭素の分離回収方法および分離回収システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/50 20170101AFI20191001BHJP

   F25J 1/00 20060101ALI20191001BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/50

   F25J1/00 D

   B01D53/047

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-150460(P2015-150460)

(22)【出願日】2015年7月30日

(65)【公開番号】特開2017-30996(P2017-30996A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2018年7月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000195661

【氏名又は名称】住友精化株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】399101463

【氏名又は名称】オリオンビール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100161274

【弁理士】

【氏名又は名称】土居 史明

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】住田 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】三宅 正訓

(72)【発明者】

【氏名】岩木 卓也

(72)【発明者】

【氏名】小嶺 健一

(72)【発明者】

【氏名】小嶺 克也

(72)【発明者】

【氏名】渡具知 靖

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０９９０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６１８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４７６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ３２／００−３２／９９１

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するための方法であって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化工程と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離するＰＳＡガス分離工程と、を含み、
上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出し、
上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度が所定値以上の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を相対的に減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、
上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度が上記所定値を下回る場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する、二酸化炭素の分離回収方法。

【請求項2】

二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するための方法であって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化工程と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離するＰＳＡガス分離工程と、を含み、
上記オフガスの圧力を検出し、
上記オフガスの圧力が所定値以下の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、
上記オフガスの圧力が上記所定値を超える場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する、二酸化炭素の分離回収方法。

【請求項3】

二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するための方法であって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化工程と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離するＰＳＡガス分離工程と、を含み、
上記原料ガスの流量を検出し、
当該原料ガスの流量が所定値以下の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を相対的に減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、
上記原料ガスの流量が上記所定値を超える場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する、二酸化炭素の分離回収方法。

【請求項4】

請求項１に記載の二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用し、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するためのシステムであって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化手段と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離可能であり、上記原料ガスの状態変化に基づきガス分離の処理状態を変化させるように構成されたＰＳＡガス分離装置と、
上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出する濃度検出手段と、を備える、二酸化炭素の分離回収システム。

【請求項5】

請求項２に記載の二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用し、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するためのシステムであって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化手段と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離可能であり、上記オフガスの状態変化に基づきガス分離の処理状態を変化させるように構成されたＰＳＡガス分離装置と、
上記オフガスの圧力を検出する圧力検出手段と、を備える、二酸化炭素の分離回収システム。

【請求項6】

請求項３に記載の二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用し、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するためのシステムであって、
低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化手段と、
上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離可能であり、上記原料ガスの状態変化に基づきガス分離の処理状態を変化させるように構成されたＰＳＡガス分離装置と、
上記原料ガスの流量を検出する流量検出手段と、を備える、二酸化炭素の分離回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスから二酸化炭素を液化回収する方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばビール製造工場においては、アルコール発酵の際に発生する発酵ガスに含まれる二酸化炭素を液化回収し、ビールの充填等の用途に利用している。ビール発酵ガスに含まれる不純物ガスの大半は空気由来である。より具体的には、不純物ガスは、ビール発酵に際し、発酵槽に原料を仕込み酵母を添加するときに、同時に吹き込む空気に由来する。空気を吹き込むのは、発酵過程初期に、酵母が空気中の酸素を餌として増殖する手助けにするためである。この時、酸素の大半は消費されるため、残余の殆どが窒素（Ｎ₂）である。

【0003】

酵母が増殖して発酵が開始されると、二酸化炭素とエタノールが発生する。二酸化炭素が増加すると発酵槽に存在する空気由来成分を押し出すことになる。よって、残余の空気由来成分は徐々に押し出され、二酸化炭素に置換されると共に、押し出される発酵ガス中の空気由来成分は低下する。発酵が進むと、最終的には発酵槽は高純度の二酸化炭素で置換され、発生するビール醗酵ガスについても高純度のものが供給される。一方、初期のビール発酵ガスは、不純物である空気由来成分（主に窒素）の含有比率が高く、二酸化炭素の濃度が相対的に低い状態にある。そして、ビール発酵ガスにおける二酸化炭素濃度が低いと、精留塔などの液化回収装置において二酸化炭素を液化回収する際、オフガス（液化されないガス成分）の量が増加し、液化二酸化炭素の回収率が低下する。

【0004】

二酸化炭素の回収率低下を解消するための方法としては、二酸化炭素濃度の低いガスを、吸収法もしくは吸着法などで直接濃縮する方法がある。また、発酵ガスの二酸化炭素濃度は発酵が進むにつれて上昇し、濃縮が必要でない純度に達する。このようなことから、従来、ビール発酵ガス中の二酸化炭素を液化回収する場合には、ある程度ビール発酵ガス中の二酸化炭素濃度が上昇してから、ビール発酵ガスの液化回収装置への供給を開始することが一般に行われる。

【0005】

しかしながら、このような方法では、二酸化炭素濃度が上昇するまでのビール発酵ガスは有効利用されることなく無駄が生じる。さらに、ビール発酵においては、発酵過程の初期以外にもタンク移送等の目的でエアレーション操作が実行されることがある。エアレーション操作時には、空気が発酵槽を経て二酸化炭素の液化回収装置に流入するため、一時的に上記液化回収装置、即ち、精留塔内部の二酸化炭素濃度は低下する。このように、ビール発酵においてビール発酵ガス中の二酸化炭素濃度は、変動（上昇および低下）を繰り返すことになるが、ビール発酵ガス中の二酸化炭素濃度が低い場合に当該ビール発酵ガスを廃棄するのでは無駄が多くなる。液化回収装置（精留塔など）を経たオフガスに関し、二酸化炭素を濃縮する方法として圧力変動吸着法が知られている（例えば特許文献１を参照）。しかしながら、ビール発酵ガスのように原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する場合において、オフガス中の二酸化炭素を効率的に回収する方法は提案されていなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平３−１６５８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスから二酸化炭素を液化回収する際、原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する場合においても高い回収率で効率よく回収するのに適した方法および装置を提供することを主たる課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の側面によって提供される二酸化炭素の分離回収方法は、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するための方法であって、低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化工程と、上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離するＰＳＡガス分離工程と、を含み、上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度に応じて、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を変動させる。

【0009】

一実施形態においては、上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出し、上記原料ガスにおける二酸化炭素の度が所定値以上の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を相対的に減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度が上記所定値を下回る場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する。

【0010】

別の実施形態において、上記オフガスの圧力を検出し、上記オフガスの圧力が所定値以下の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の所定量を減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、上記オフガスの圧力が上記所定値を超える場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する。

【0011】

さらに別の実施形態において、上記原料ガスの流量を検出し、当該原料ガスの流量が所定値以下の場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を相対的に減少させ、あるいはガス分離の処理を停止し、上記原料ガスの流量が上記所定値を超える場合、上記ＰＳＡガス分離工程でのガス分離の処理量を増加させ、あるいはガス分離の処理を実行する。

【0012】

好ましくは、上記液化工程の前に、上記原料ガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離する、追加のＰＳＡガス分離工程を含む。

【0013】

好ましくは、上記ＰＳＡガス分離工程により二酸化炭素が濃縮された二酸化炭素濃縮ガスを、上記原料ガスに合流させる。

【0014】

本発明の第２の側面によって提供される二酸化炭素の分離回収システムは、二酸化炭素および不純物を含む原料ガスについて、当該原料ガスにおける二酸化炭素濃度が変動する状況において二酸化炭素を分離回収するためのシステムであって、低温高圧下で上記原料ガスから二酸化炭素を液化回収し、オフガスを排出する液化手段と、上記オフガスに含まれる二酸化炭素をＰＳＡ法により濃縮分離可能であり、上記原料ガスおよび上記オフガスの少なくとも一方の状態変化に基づきガス分離の処理状態を変化させるように構成されたＰＳＡガス分離装置と、を備える。

【0015】

好ましくは、上記原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出する濃度検出手段、上記オフガスの圧力を検出する圧力検出手段、および上記原料ガスの流量を検出する流量検出手段、の少なくとも１つを備える。

【0016】

好ましくは、上記ＰＳＡガス分離装置により濃縮分離された二酸化炭素濃縮ガスを、上記原料ガスに合流させるための戻りラインを備える。

【0017】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用することのできる二酸化炭素分離回収システムの概略構成を表す。

【図2】本発明に係る二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用することのできる二酸化炭素分離回収システムの他の例の概略構成を表す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

【0020】

図１は、本発明に係る二酸化炭素の分離回収方法を実行するのに使用することができる二酸化炭素分離回収システムの概略構成を示している。二酸化炭素分離回収システムＸ１は、昇圧ブロア１と、脱臭器２と、圧縮機３と、冷却器４と、液化回収装置５と、圧力変動吸着式ガス分離装置（ＰＳＡガス分離装置）６と、これらの要素を接続する配管と、を備える。二酸化炭素分離回収システムＸ１は、二酸化炭素を含む原料ガスを連続的に供給しつつ、当該原料ガス中の二酸化炭素を液化回収することができるように構成されている。

【0021】

二酸化炭素分離回収システムＸ１に供給される原料ガスとしては、例えばビール発酵ガスが挙げられる。ビール発酵ガスは、ビール発酵の際に発酵槽から送り出されるガスであり、主に発酵槽の内部空間に存在する成分（主に空気由来成分である窒素）と、ビール発酵によって発生する成分（主に二酸化炭素）と、を含む。

【0022】

ビール発酵ガス（原料ガス）における二酸化炭素濃度については、例えば発酵開始後の初期段階では低く、発酵が進むにつれて上昇して最終的に約９９．９％以上となる。また、発酵槽についてタンク移送等の目的でエアレーション操作が行われることがあり、このエアレーション操作によって不純物（主に空気由来成分）が増加し、ビール発酵ガス（原料ガス）における二酸化炭素濃度は、例えば８０〜９０％程度に低下する。このように、原料ガスとしてのビール発酵ガスにおける二酸化炭素濃度は、時間経過とともに所定範囲（例えば約８０〜９９．９％）で上昇および低下を繰り返して変動する。

【0023】

なお、ビール製造工場においては、発酵設備として複数の発酵槽（例えば１０〜２０槽程度）を備えており、これら発酵槽から送出されるビール発酵ガス（原料ガス）が図示しない集合管を介して二酸化炭素分離回収システムＸ１に供給される。二酸化炭素分離回収システムＸ１へのビール発酵ガス（原料ガス）の供給量は、ビール製造設備の規模やビール製造量に応じて異なるが、例えば４０〜１８０Ｎｍ³／ｈ程度である。

【0024】

昇圧ブロア１は、配管１１を介して導入された原料ガスを所定圧力にて送り出す。脱臭器２は、例えば原料ガスに含まれる、炭化水素などの不純物成分を除去する。圧縮機３は、脱臭器２を経た原料ガスを所定の高圧状態で送り出す。冷却器４は、例えばシェルアンドチューブ式（shell and tube type）熱交換器であり、伝熱管内を流れるブライン（冷媒）によって原料ガスが冷却される。冷却器４を通過した原料ガスは、配管１２を介して液化回収装置５に送られる。

【0025】

配管１２には、二酸化炭素センサ２１が設けられている。二酸化炭素センサ２１は、配管１２内を通流する原料ガスの二酸化炭素濃度を常時的に検出するためのものである。配管１２にはまた、当該配管１２を通流する原料ガスの流量を検出するための流量計２２が設けられている。

【0026】

なお、詳細な図示説明は省略するが、液化回収装置５に供給される原料ガスについて、その供給前において水分や泡を事前に除去するための工程を適宜行ってもよい。

【0027】

液化回収装置５は、原料ガスから二酸化炭素を液化回収するためものであり、例えば精留塔５１および凝縮器５２を備えている。凝縮器５２は、原料ガスを低温高圧状態に維持することで主に二酸化炭素を液化させるものである。凝縮器５２においては、例えばブライン（冷媒）による冷却がおこなわれ、内部圧力が２．１ＭＰａＧ（Ｇはゲージ圧であることを示す。以下も同じ。）程度以下に調節される。

【0028】

冷却器４を通過した原料ガスは、配管１２を介して精留塔５１に導入される。精留塔５１内のガスはその上部に接続される配管１３を介して凝縮器５２に導入される。凝縮器５２では低温高圧下で二酸化炭素が液化し、当該液化二酸化炭素が出口側下部に接続される配管１４を通じて精留塔５１に戻される。精留塔５１内に滞留する液化二酸化炭素は、当該精留塔５１の底部から製品として取り出される。

【0029】

凝縮器５２の出口側上部には、当該凝縮器５２を通過したガス（オフガス）を流すための配管１５が接続されている。配管１５には圧力計２３が設けられている。この圧力計２３により、配管１５内のオフガスの圧力を検出することができる。また、配管１５にはオフガスを排出するための配管１６が分岐状に接続されている。配管１６には、圧力制御弁２４が設けられている。圧力制御弁２４は、配管１５，１６内のオフガスの圧力が所定値（例えば２．１ＭＰａＧ以上の設定値）を超えると開放し、オフガスを外部に放出する。

【0030】

配管１５には、流量調整弁２５が設けられており、配管１５の下流側にはＰＳＡガス分離装置６が接続されている。詳細は後述するが、凝縮器５２から排出されるオフガスは、所定条件を満たす場合、配管１５および流量調整弁２５を介して、ＰＳＡガス分離装置６に送出される。

【0031】

ＰＳＡガス分離装置６は、二酸化炭素を選択的に吸着するための吸着剤が充填された複数の吸着塔（図示略）を備えており、圧力変動吸着式ガス分離工程（ＰＳＡガス分離工程）を行う。上記吸着塔に充填される吸着剤としては、例えば、椰子殻や竹などの植物質や、石炭質、石油質などのものを原料とする分子ふるい機能を有するＣＭＳ（Ｃａｒｂｏｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ）や、合成ＺＭＳ（Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ）を採用することができる。

【0032】

ＰＳＡガス分離工程では、単一の吸着塔について、例えば吸着工程、洗浄工程、および脱着工程を含む１サイクルが繰り返される。吸着工程は、塔内が所定の高圧状態にある吸着塔に上記オフガスを導入して当該オフガス中の二酸化炭素を吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から非吸着ガスを導出するための工程である。洗浄工程は、吸着工程を終了した吸着塔を、脱着工程にある他の吸着塔から導出される脱着ガスの一部を利用して洗浄する工程である。脱着工程は、吸着塔内を減圧して吸着剤から二酸化炭素を脱着させ、塔内にある二酸化炭素が濃縮された二酸化炭素濃縮ガス（主に脱着ガス）を塔外に導出するための工程である。なお、吸着塔の個数については、上記した３つの工程を１サイクルとして繰り返す場合、好ましくは３塔である。ただし、２塔または４塔以上の吸着塔を備える構成であってもよい。また、ＰＳＡガス分離工程においては、少なくとも吸着工程および脱着工程を含んだ複数の工程を１サイクルとして繰り返せばよい。

【0033】

ＰＳＡガス分離装置６には、配管１７，１８が接続されている。配管１７は、吸着塔から導出される非吸着ガスを外部に排出するためのものである。配管１８は、吸着塔から導出される二酸化炭素濃縮ガスを原料ガスに合流させて回収するためのものである。配管１８の下流側端は、原料ガスが流れる配管１１の上流側に接続されている。

【0034】

上記のような構成を有する二酸化炭素分離回収システムＸ１を使用して、ビール発酵ガス（原料ガス）から二酸化炭素を液化回収する。本実施形態において、原料ガスにおける二酸化炭素濃度は、上述のように時間経過とともに所定範囲（例えば約８０〜９９．９％）で上昇および下降を繰り返して変動する。原料ガスに含まれる二酸化炭素が液化回収装置５によって液化回収される際、当該液化回収される液化二酸化炭素の純度はほぼ１００％である。このため、液化せずに精留塔５１等に残存するガス（オフガス）については、二酸化炭素濃度が原料ガスよりも低下する。

【0035】

例えば、原料ガスの供給量が１６５Ｎｍ³／ｈ、オフガス量が２０Ｎｍ³／ｈで操作した液化回収装置５（凝縮器５２）での温度が−２０℃のとき、凝縮圧力が１．８７ＭＰａＧの条件のもとでは、原料ガスにおける二酸化炭素濃度が約９９．９％の場合、オフガスにおける二酸化炭素濃度は約９９％になる。また、上記の原料ガス供給態様および冷却加圧条件下において、原料ガスの二酸化炭素濃度が約９９％の場合にはオフガスにおける二酸化炭素濃度は約９２．７％であり、原料ガスの二酸化炭素濃度が約９８％の場合にはオフガスにおける二酸化炭素濃度は約８５．７％であり、原料ガスの二酸化炭素濃度が約９７％の場合、オフガスにおける二酸化炭素濃度は約７８．７％である。オフガスにおける二酸化炭素濃度が９２．７％の時、塔圧力１．８７ＭＰａＧを維持するには、二酸化炭素の分圧低下のため、液化回収装置５（凝縮器５２）での温度を−２２．８℃まで下げる必要がある。また、オフガスの二酸化炭素濃度が７８．７％まで低下すると、温度を−２８．３℃まで下げる必要があり、運転が困難となる。

【0036】

このように、オフガスにおける二酸化炭素濃度が低下すると、二酸化炭素の分圧低下で液化が困難になる。オフガス量を増加させれば二酸化炭素濃度は増加するが、液化回収される二酸化炭素の比率（以下、適宜「液化回収率」という）は反対に低下していく。例えば、温度が−２０℃程度、圧力が１．８７ＭＰａＧ程度の冷却加圧条件とし、圧力制御弁２４によるオフガスの外部放出の設定圧を２．１ＭＰａＧ以上とする場合、原料ガスにおける二酸化炭素濃度が約９９．９％の場合、液化回収率は９５％以上となる。また、原料ガスの二酸化炭素濃度が約９９％の場合には液化回収率が約８０％となり、原料ガスの二酸化炭素濃度が約９０％の場合には液化回収率が約４０％となる。ここでの液化回収率は、ＰＳＡガス分離装置６を使用しない状態での液化回収率である。これに対し、ＰＳＡガス分離装置６を使用した場合、９０％以上の高い二酸化炭素回収率で、元の原料ガスの二酸化炭素濃度よりも高い濃度に濃縮されたガス（二酸化炭素濃縮ガス）が、原料ガスライン（配管１１）に戻される。したがって、ＰＳＡガス分離装置６を使用してガス分離の処理を行うことで、液化二酸化炭素の全体の回収率を効率よく高めることができる。

【0037】

本実施形態の二酸化炭素分離回収システムＸ１は、液化回収装置５およびＰＳＡガス分離装置６を備える。二酸化炭素分離回収システムＸ１に供給される原料ガスについては、時間経過とともに当該原料ガス中の二酸化炭素濃度が変動する。液化回収装置５においては、定常的に原料ガスから二酸化炭素が液化回収される。一方、ＰＳＡガス分離装置６においては、原料ガス中の二酸化炭素濃度の変動に応じて、ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理を変更する。

【0038】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第１の制御態様によれば、二酸化炭素センサ２１によって原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出し、当該検出濃度が所定値以上である場合（原料ガスにおける二酸化炭素濃度が相対的に高い場合）、ＰＳＡガス分離装置６による処理を停止する。一方、二酸化炭素センサ２１によって検出される二酸化炭素濃度が所定値を下回る場合（原料ガスにおける二酸化炭素濃度が相対的に低い場合）、ＰＳＡガス分離装置６による処理を実行する。即ち、ＰＳＡガス分離装置６においては、原料ガスにおける二酸化炭素濃度に応じてＰＳＡガス分離の処理をオン・オフ制御し、間欠運転が実行される。このような構成によれば、液化回収装置５（液化工程）でのオフガスをＰＳＡガス分離装置６によって処理すればよいので、原料ガスの全量をＰＳＡ処理する場合よりもＰＳＡガス分離装置６の規模を小さくすることができる。したがって、ＰＳＡガス分離装置６（二酸化炭素分離回収システムＸ１）の設備コストを削減することができる。

【0039】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなる。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によってガス分離の処理（二酸化炭素濃縮ガスの回収）を行うので、全体として液化二酸化炭素の全体の回収率を効果的に高めることができる。

【0040】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第２の制御態様によれば、二酸化炭素センサ２１によって原料ガスにおける二酸化炭素濃度を検出し、当該検出濃度が所定値以上である場合（原料ガスにおける二酸化炭素濃度が相対的に高い場合）、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を減少させる。一方、二酸化炭素センサ２１によって検出される二酸化炭素濃度が所定値を下回る場合（原料ガスにおける二酸化炭素濃度が相対的に低い場合）、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を増加させる。即ち、ＰＳＡガス分離装置６においては、原料ガスにおける二酸化炭素濃度に応じてガス分離の処理量を増減調整するようにしてもよい。当該処理量の調整は、二酸化炭素センサ２１による二酸化炭素濃度の検出結果に基づき、流量調整弁２５を制御することにより行うことができる。また、上記ガス分離の処理量の調整は、原料ガスの二酸化炭素濃度の検出値に応じて多段階に行ってもよい。

【0041】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなる。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量（二酸化炭素濃縮ガスの回収量）を増加させるので、液化二酸化炭素の全体の回収率を効果的に高めることができる。

【0042】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第３の制御態様によれば、圧力計２３によってオフガスの圧力を検出し、当該検出圧力が所定値以下の場合、ＰＳＡガス分離装置６による処理を停止する。一方、圧力計２３によって検出されるオフガスの圧力が所定値を越える場合、ＰＳＡガス分離装置６による処理を実行する。ここで、原料ガスにおける二酸化炭素濃度が低下すると、精留塔５１の気相の不純物ガスの分圧が増加し、オフガスの検出圧力が上昇する。その一方、原料ガスにおける二酸化炭素濃度が上昇すると、精留塔５１の気相の不純物ガスの分圧が低下し、二酸化炭素が液化されれば、塔圧力は低下しやすいためオフガスの検出圧力が低下する。このように、ＰＳＡガス分離装置６においては、オフガスの圧力に応じてＰＳＡガス分離処理をオン・オフ制御し、間欠運転が実行される。第３の制御態様によれば、上述した第１の制御態様と同様に、液化回収装置５（液化工程）でのオフガスをＰＳＡガス分離装置６によって処理すればよいので、原料ガスの全量をＰＳＡ処理する場合よりもＰＳＡガス分離装置６の規模を小さくすることができる。したがって、ＰＳＡガス分離装置６（二酸化炭素分離回収システムＸ１）の設備コストを削減することができる。

【0043】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなる。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によってガス分離の処理（二酸化炭素濃縮ガスの回収）を行うので、液化二酸化炭素の全体の回収率を効果的に高めることができる。

【0044】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第４の制御態様によれば、圧力計２３によってオフガスの圧力を検出し、当該検出圧力が所定値以下の場合、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を減少させる。一方、圧力計２３によって検出されるオフガスの圧力が所定値を越える場合、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を増加させる。即ち、ＰＳＡガス分離装置６においては、オフガスの圧力の高低に応じてガス分離の処理量を増減調整する。当該処理量の調整は、圧力計２３によるオフガスの検出圧力に基づき、流量調整弁２５を制御することにより行うことができる。また、上記ガス分離の処理量の調整は、オフガスの圧力の検出値に応じて多段階に行ってもよい。

【0045】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなり、オフガスの圧力が上昇する。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量（二酸化炭素濃縮ガスの回収量）を増加させるので、液化二酸化炭素の全体の回収率を効果的に高めることができる。

【0046】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第５の制御態様によれば、流量計２２によって原料ガスの流量を検出し、当該原料ガスの流量が所定値以下の場合（原料ガスの流量が相対的に少ない場合）、ＰＳＡガス分離装置６による処理を停止する。一方、流量計２２によって検出される原料ガスの流量が所定値を超える場合（原料ガスの流量が相対的に多い場合）、ＰＳＡガス分離装置６による処理を実行する。ここで、原料ガスの流量が少ない場合、オフガス量が相対的に少なくなるので、ＰＳＡガス分離装置６による処理を停止させることも可能である。その一方、原料ガスの流量が多い場合、オフガス量が相対的に多くなるので、ＰＳＡガス分離装置６による処理の必要性も増加する。このように、ＰＳＡガス分離装置６においては、原料ガスの流量に応じてガス分離の処理をオン・オフ制御し、間欠運転が実行される。第５の制御態様によれば、上述した第１の制御態様と同様に、液化回収装置５（液化工程）でのオフガスをＰＳＡガス分離装置６によって処理すればよいので、原料ガスをＰＳＡ処理する場合よりもＰＳＡガス分離装置６の規模を小さくすることができる。したがって、ＰＳＡガス分離装置６（二酸化炭素分離回収システムＸ１）の設備コストを削減することができる。

【0047】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなる。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によってガス分離の処理（二酸化炭素濃縮ガスの回収）を行うので、液化二酸化炭素の全体の回収率を効率よく高めることができる。

【0048】

ＰＳＡガス分離工程によるガス分離の処理の第６の制御態様によれば、流量計２２によって原料ガスの流量を検出し、当該原料ガスの流量が所定値以下の場合（原料ガスの流量が相対的に少ない場合）、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を減少させる。一方、流量計２２によって検出される原料ガスの流量が所定値を超える場合（原料ガスの流量が相対的に多い場合）、ＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量を増加させる。即ち、ＰＳＡガス分離装置６においては、原料ガスの流量に応じてガス分離の処理量を増減調整する。当該処理量の調整は、流量計２２による原料ガスの検出流量に基づき、流量調整弁２５を制御することにより行うことができる。また、上記ガス分離の処理量の調整は、原料ガスの流量の検出値に応じて多段階に行ってもよい。

【0049】

上述のように原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときに液化回収率が低下することから、原料ガスの二酸化炭素濃度が低下するときにはオフガス量が相対的に多くなる。このオフガス量が多い時に、オフガスからＰＳＡガス分離装置６によるガス分離の処理量（二酸化炭素濃縮ガスの回収量）を増加させるので、液化二酸化炭素の全体の回収率を効果的に高めることができる。

【0050】

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。本発明に係る二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収システムの構成も種々に変更可能である。

【0051】

原料外ガスにおける二酸化炭素濃度がかなり低くなる場合には、原料ガスが液化回収装置５（液化工程）に送られる前に、原料ガスの二酸化炭素を濃縮分離するためのＰＳＡガス分離装置を追加的に設けてもよい。図２は、ＰＳＡガス分離装置７を追加的に設けた場合の二酸化炭素分離回収システムＸ２の概略構成を表す。同図に示した二酸化炭素分離回収システムＸ２において、原料ガスは、必要に応じて適宜ＰＳＡガス分離装置７に送られ、二酸化炭素濃度が高められた上で液化回収装置５に送られる。ＰＳＡガス分離装置７の出口側に繋がる配管には、圧縮機８が設けられている。また、原料ガスのＰＳＡガス分離装置７への通流を切り替えるための開閉弁９，１０が配管の適所に設けられている。

【符号の説明】

【0052】

Ｘ１，Ｘ２ 二酸化炭素分離回収システム
１ 昇圧ブロア
２ 脱臭器
３ 圧縮機
４ 冷却器
５ 液化回収装置
５１ 精留塔
５２ 凝縮器
６ ＰＳＡガス分離装置
７ ＰＳＡガス分離装置
８ 圧縮機
９，１０ 開閉弁
１１〜１７ 配管
１８ 配管（戻りライン）
２１ 二酸化炭素センサ（濃度検出手段）
２２ 流量計（流量検出手段）
２３ 圧力計（圧力検出手段）
２４ 圧力制御弁
２５ 流量調整弁

【図1】

【図2】