特開 2022-93075 ＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022093075

(43)【公開日】2022-06-23

(54)【発明の名称】ＣＯ２回収装置及びＣＯ２回収方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20220616BHJP

   B01D 53/04 20060101ALI20220616BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20220616BHJP

   C12M 1/00 20060101ALN20220616BHJP

   C12N 1/12 20060101ALN20220616BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/04 230

C01B32/50

C12M1/00 E

C12N1/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020206169

(22)【出願日】2020-12-11

(71)【出願人】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】武井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】村上 真二

【テーマコード（参考）】

4B029

4B065

4D002

4D012

4G146

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029BB04

4B029CC01

4B029DB19

4B065AA83X

4B065AC20

4B065BC07

4B065CA54

4D002AA09

4D002BA04

4D002CA07

4D002DA41

4D002DA46

4D002EA07

4D002EA08

4D002FA01

4D002GA01

4D002GB04

4D012BA03

4D012CA03

4D012CB12

4D012CD02

4D012CE03

4D012CF03

4D012CG01

4D012CJ02

4D012CJ05

4G146JA02

4G146JB04

4G146JB09

4G146JC12

4G146JC18

4G146JC24

4G146JC25

4G146JC35

4G146JC39

(57)【要約】

【課題】藻類の培養に利用されるＣＯ_２回収装置において、ＣＯ_２を適切に濃縮して、ガスの圧送やバブリングにかかるエネルギーを削減し、未利用の低品位廃熱の有効活用を行う。
【解決手段】ＣＯ_２回収装置は、内部にＣＯ_２吸着剤３を充填した吸着筒２と、前記吸着筒２の上下に延びる原料ガス流通ライン４、５と、前記吸着筒２の上部に設けられる水蒸気供給ライン６と、前記吸着筒２の上部に設けられるＣＯ_２回収ライン７と、前記吸着筒２の下部に設けられるドレン水排出ライン８とを備え、前記ＣＯ_２回収ライン７には背圧弁１０が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスから当該原料ガス中に含まれるＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収装置であって、
内部にＣＯ_２吸着剤を充填した吸着筒と、前記吸着筒の上下に延びる原料ガス流通ラインと、前記吸着筒の上部に設けられる水蒸気供給ラインと、前記吸着筒の上部に設けられるＣＯ_２回収ラインと、前記吸着筒の下部に設けられるドレン水排出ラインとを備え、
前記ＣＯ_２回収ラインには背圧弁が設けられていることを特徴とするＣＯ_２回収装置。

【請求項2】

前記背圧弁の設定圧力が１００ｋＰａ（ｇ）以上、１４００ｋＰａ（ｇ）以下であることを特徴とする請求項１記載のＣＯ_２回収装置。

【請求項3】

前記ＣＯ_２回収ラインが藻類の培養装置に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＣＯ_２回収装置。

【請求項4】

前記原料ガスは、２００℃未満の廃熱を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか記載のＣＯ_２回収装置。

【請求項5】

原料ガスから当該原料ガス中に含まれるＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収方法であって、
内部にＣＯ_２吸着剤を充填した吸着筒に、原料ガスを導入して吸着分離を行うＣＯ_２吸着工程と、
前記吸着筒に上部から水蒸気を導入して、前記ＣＯ_２吸着剤に吸着されたＣＯ_２を脱離させ、吸着筒上部のＣＯ_２回収ラインから回収するＣＯ_２回収工程と、
前記水蒸気によって前記吸着筒下部に生じたドレン水を、前記吸着筒下部のドレン水排出ラインから排出するブロー工程と、
前記ＣＯ_２吸着剤の冷却と乾燥を行う冷却・乾燥工程とを繰り返して行うことを特徴とするＣＯ_２回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法に関し、詳しくは、原料ガス（排ガス）中のＣＯ_２を吸着分離するＣＯ_２吸着筒を備えたＣＯ_２回収装置及び当該ＣＯ_２回収装置を用いたＣＯ_２回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電所、石油化学工業、製紙業、窯業などでは、ＣＯ_２が１～２０％程度含まれる排ガスを大気中に放出している。ＣＯ_２は代表的な温室効果ガスであり、排出量の削減を求められていることから、上記排ガス中のＣＯ_２の分離回収方法が各種検討されている。例えば、吸収液や吸着剤を用いた分離回収技術がある（特許文献１を参照。）。

【0003】

その一方で、分離回収したＣＯ_２の有効利用についても各種方法が検討されており、その一つとして、藻類の培養が挙げられる。藻類の培養を効率的に行う場合は、培養槽に５～２０％程度のＣＯ_２を含むガスをバブリングして、水中にＣＯ_２を溶解させる。その際、バブリングには３０～７０ｋＰａ（ｇ）程度の圧力が必要となる。そこで、圧力の小さい排ガスを利用する場合には、ブロア等で昇圧する必要があり、そのためのエネルギーが必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－８３４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、ＣＯ_２濃度が１％程度の排ガスを用いた場合でも、当該排ガスをバブリングしての藻類の培養は可能ではある。しかしながら、ＣＯ_２濃度が５％程度の排ガスを用いた場合と比べると、培養の効率は低下してしまう。また、濃度の薄いガスを用いて藻類の培養に必要なＣＯ_２の量を確保するためには、大量のガスを圧送しなければならなくなるため、ブロア等で必要となるエネルギーが増大してしまう。そのため、ＣＯ_２を適切に濃縮して、ガスの圧送やバブリングにかかるエネルギーを削減することが求められている。

【0006】

また、火力発電所、石油化学工業、製紙業、窯業などでは、そのプロセスにおいて、様々な廃熱が発生している。特に、２００℃未満の低品位廃熱はその大半が未利用となっており、エネルギー利用の観点から、有効活用が望まれている。

【0007】

以上の点に鑑みて、本発明は、ＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法において、ＣＯ_２を適切に濃縮して、ガスの圧送やバブリングにかかるエネルギーを削減すること、得られるＣＯ_２を藻類の培養に利用すること、また、排ガスの有する未利用の廃熱の有効活用を行うことを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の発明は、原料ガスから当該原料ガス中に含まれるＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収装置であって、内部にＣＯ_２吸着剤を充填した吸着筒と、前記吸着筒の上下に延びる原料ガス流通ラインと、前記吸着筒の上部に設けられる水蒸気供給ラインと、前記吸着筒の上部に設けられるＣＯ_２回収ラインと、前記吸着筒の下部に設けられるドレン水排出ラインとを備え、前記ＣＯ_２回収ラインには背圧弁が設けられていることを特徴とするものである。

【0009】

本発明の第２の発明は、前記背圧弁の設定圧力が１００ｋＰａ（ｇ）以上、１４００ｋＰａ（ｇ）以下であることを特徴とするものである。

【0010】

本発明の第３の発明は、前記ＣＯ_２回収ラインが藻類の培養装置に接続されていることを特徴とするものである。

【0011】

本発明の第４の発明は、前記原料ガスは、２００℃未満の廃熱を有することを特徴とするものである。

【0012】

本発明の第５の発明は、原料ガスから当該原料ガス中に含まれるＣＯ_２を回収するＣＯ_２回収方法であって、内部にＣＯ_２吸着剤を充填した吸着筒に、原料ガスを導入して吸着分離を行うＣＯ_２吸着工程と、前記吸着筒に上部から水蒸気を導入して、前記ＣＯ_２吸着剤に吸着されたＣＯ_２を脱離させ、吸着筒上部のＣＯ_２回収ラインから回収するＣＯ_２回収工程と、前記水蒸気によって前記吸着筒下部に生じたドレン水を、前記吸着筒下部のドレン水排出ラインから排出するブロー工程と、前記ＣＯ_２吸着剤の冷却と乾燥を行う冷却・乾燥工程とを繰り返して行うことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

第１の発明によれば、水蒸気の自圧を用いることで、吸着剤に吸着されたＣＯ_２を圧力が高い状態で回収できるため、ブロア等による昇圧が不要になり、その分のエネルギーを削減することができる。また、ＣＯ_２回収ラインにおいてＣＯ_２回収時に背圧弁を通過するため、ＣＯ_２を適切に濃縮することができる。

【0014】

第２の発明によれば、水蒸気の自圧を有効利用して、十分な圧力でＣＯ_２を圧送し、バブリングに用いることができる。

【0015】

第３の発明によれば、ＣＯ_２回収装置によって回収されたＣＯ_２を藻類の培養に好適に用いることができる。

【0016】

第４の発明によれば、排ガスの有する未利用の２００℃未満の低品位廃熱を用いて、当該排ガスからＣＯ_２を回収するだけでなく、廃熱のエネルギーを水蒸気の発生に利用することができるので、火力発電所、石油化学工業、製紙業、窯業などにおいて放出される排ガスの有効活用を行うことができる。

【0017】

第５の発明によれば、第１の発明と同様に、水蒸気の自圧を用いることで、ＣＯ_２を圧力が高い状態で回収できるため、ブロア等による昇圧が不要になり、その分のエネルギーを削減することができる。また、ＣＯ_２回収時に背圧弁を通過するため、ＣＯ_２を適切に濃縮することができる。さらに、工程を繰り返すことでＣＯ_２の回収を連続的に行うことができる。

【0018】

以上より、本発明のＣＯ_２回収装置及びＣＯ_２回収方法によれば、ＣＯ_２を適切に濃縮して、ガスの圧送やバブリングにかかるエネルギーを削減することができる。また、得られるＣＯ_２を藻類の培養に利用することができる。また、排ガスの有する未利用の廃熱の有効活用を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明のＣＯ_２回収装置の一形態例を示す図である。

【図2】上記ＣＯ_２回収装置を用いたＣＯ_２回収プロセスの工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本発明を適用したＣＯ_２回収装置の一形態例を示すものである。

【0021】

ＣＯ_２回収装置１は、図１に示されるように、内部にＣＯ_２吸着剤３を充填した吸着筒２と、前記吸着筒２の上下に延びる原料ガス流通ライン（上部原料ガス流通ライン４、下部原料ガス流通ライン５）と、前記吸着筒２の上部に設けられる水蒸気供給ライン６と、前記吸着筒２の上部に設けられるＣＯ_２回収ライン７と、前記吸着筒２の下部に設けられるドレン水排出ライン８とを備えている。

【0022】

上部原料ガス流通ライン４は、原料ガス（火力発電所、石油化学工業、製紙業、窯業などにおいて放出される排ガス）を吸着筒２に導入するためのものであり、その上流側には、原料ガスを必要に応じて昇圧するためのブロア９が設けられており、当該ブロア９の下流側には、ラインの開閉を制御する上部原料ガス流通バルブＶ１が設けられている。

【0023】

下部原料ガス流通ライン５は、吸着筒２でＣＯ_２を吸着した後の原料ガスを排気するためのものであり、その途中にはラインの開閉を制御する下部原料ガス流通バルブＶ２が設けられている。

【0024】

吸着筒２は、原料ガス中のＣＯ_２を回収するためのものであり、中にＣＯ_２吸着剤３が充填されている。原料ガスがＣＯ_２吸着剤３を通過すると、その中のＣＯ_２が吸着され、ＣＯ_２以外のガス成分と分離される。前記ＣＯ_２吸着剤３の材質としては、活性炭や活性アルミナなど、１００℃程度の加熱でＣＯ_２を容易に脱離できるとともに、水蒸気の流通に耐える性質のものが良い。特に、疎水性の吸着剤である活性炭が好ましい。

【0025】

水蒸気供給ライン６は、ＣＯ_２吸着剤３を再生してＣＯ_２を回収する際に用いられる水蒸気を供給するためのものであり、吸着筒２の上部に設けられている。その途中にはラインの開閉を制御する水蒸気供給バルブＶ３が設けられている。水蒸気は、原料ガスの持つ２００℃未満の低品位廃熱を利用して作られ、ある程度の圧力（自圧）を有している。

【0026】

ＣＯ_２回収ライン７は、ＣＯ_２吸着剤３の再生によって当該吸着剤３から脱離したＣＯ_２を回収するためのものであり、吸着筒２の上部に設けられている。当該ＣＯ_２回収ライン７の上流には、ラインの開閉を制御するＣＯ_２回収バルブＶ４が設けられており、当該ＣＯ_２回収バルブＶ４の下流には、背圧弁１０が設けられている。また、ＣＯ_２回収ライン７は、藻類の培養装置（図示せず）に接続されており、回収したＣＯ_２を藻類の培養に使用するようになっている。

【0027】

ドレン水排出ライン８は、ＣＯ_２吸着剤３の再生において水蒸気が凝縮して生成したドレン水を排出するためのものであり、吸着筒２の下部に設けられている。その途中にはラインの開閉を制御するドレン水排出バルブＶ５が設けられている。

【0028】

以上のように構成されたＣＯ_２回収装置１を用いた原料ガスからのＣＯ_２回収プロセスは、図２に示されるように、以下の第１工程～第４工程からなる。

【0029】

［第１工程：ＣＯ_２吸着工程］
上部原料ガス流通バルブＶ１及び下部原料ガス流通バルブＶ２を開くと、原料ガス源（図示せず）から上部原料ガス流通ライン４に導入された原料ガスは、ブロア９及び上部原料ガス流通バルブＶ１を通過して、吸着筒２に導入され、ＣＯ_２吸着剤３においてＣＯ_２が吸着分離される。吸着分離後の原料ガスは、下部原料ガス流通バルブＶ２を通過して、下部原料ガス流通ライン５から排気される。

【0030】

［第２工程：ＣＯ_２回収工程］
ＣＯ_２の吸着分離を行った後で、吸着されたＣＯ_２を回収するために、ＣＯ_２吸着剤３の再生を行う。当該再生には、水蒸気が用いられる。上部原料ガス流通バルブＶ１及び下部原料ガス流通バルブＶ２を閉じて、水蒸気供給バルブＶ３及びＣＯ_２回収バルブＶ４を開くと、水蒸気供給ライン６から、水蒸気が吸着筒２の上部に導入され、当該水蒸気によってＣＯ_２吸着剤３に吸着されているＣＯ_２が脱離する。なお、上記水蒸気は、原料ガスの生成において生じた廃熱を有効利用して生成されたものである。

【0031】

ＣＯ_２吸着剤３から脱離したＣＯ_２は、ＣＯ_２含有ガス（回収ガス）としてＣＯ_２回収ライン７から回収される。この際に、上記水蒸気が自圧を有しており、その自圧によって回収ガスの圧力が自然と高まって圧送されるので、ブロアや昇圧機等の装置は不要である。その後、上記ＣＯ_２回収ライン７に設けられている背圧弁１０によって、回収ガスの圧力が調整される。そこで、回収ガス中のＣＯ_２濃度も調整されたものとなる。ＣＯ_２濃度が調整されることで、圧送するガスの量を低減することができるため、圧送に係るエネルギーを削減することができる。なお、回収ガスには水蒸気も多く含まれているが、藻類の培養においては、水分も必要な成分として用いられるので、特に問題とはならず、そのまま使用することができる。

【0032】

このとき、上記背圧弁１０の設定圧力は１００ｋＰａ（ｇ）以上、１４００ｋＰａ（ｇ）以下とする。下限値を１００ｋＰａ（ｇ）とするのは、藻類培養槽でのバブリングを行うためには３０～７０ｋＰａ（ｇ）程度の圧力が必要であり、１００ｋＰａ（ｇ）以上とすることでＣＯ_２含有ガスを好適に圧送することができるからである。なお、水蒸気の温度が１２０℃程度であれば１００ｋＰａ（ｇ）以上の圧力を得ることができる。また、上限値を１４００ｋＰａ（ｇ）とするのは、排ガスの持つ２００℃未満の低品位廃熱で発生させる水蒸気の持つ圧力の上限が１４００ｋＰａ（ｇ）程度であり、背圧弁の設定圧力として、同圧力以下に設定することが望ましいからである。

【0033】

［第３工程：ブロー工程］
上記ＣＯ_２吸着剤３の再生において、吸着剤の加熱や系外への放熱により、一部の水蒸気は凝縮して水滴となり、吸着筒２の下部に落下し、ドレン水となる。なお、本発明において、水蒸気供給ライン６及びＣＯ_２回収ライン７は吸着筒２の上部に設けられているので、ドレン水によって各ラインが閉鎖しないようになっている。

【0034】

水蒸気供給バルブＶ３及びＣＯ_２回収バルブＶ４を閉じて水蒸気の供給を停止し、ドレン水排出バルブＶ５を開いて、ドレン水をドレン水排出ライン８から排出する。この排出は、吸着筒２内部の残圧を利用して行うことができる。なお、上記ドレン水には大量のＣＯ_２が溶解しているため、回収して藻類の培養装置に供給することもできる。

【0035】

［第４工程：冷却・乾燥工程］
ドレン水排出バルブＶ５を閉じて、上部原料ガス流通バルブＶ１及び下部原料ガス流通バルブＶ２を開いて原料ガスを流すと、吸着筒２内部でＣＯ_２吸着剤３の冷却と乾燥が行われる。なお、この工程では、ＣＯ_２吸着剤３のＣＯ_２吸着性能を低下させるものでなければ、原料ガスの代わりに、ドライエアーや窒素ガス等のガスを使用することもできる。

【0036】

上記第４工程（冷却・乾燥工程）が終了したら、上記第１工程（ＣＯ_２吸着工程）を再び行う。そのようにして、上記第１工程～第４工程を繰り返して、原料ガスからのＣＯ_２回収プロセスが行われる。

【0037】

なお、上記形態例に示されるＣＯ_２回収装置１は吸着筒２を１つ備えるものであるが、当該吸着筒２の数は必ずしも１つである必要はなく、ＣＯ_２回収を行う状況に応じて複数としてもよい。また、上記形態例において、原料ガスは上から下に、上部原料ガス流通ライン４から供給されて下部原料ガス流通ライン５から排気されるものとして示したが、逆方向の下から上に流通するものであっても構わない。また、原料ガスの圧力が高ければ、ブロア９等を用いた昇圧は不要である。また、必要に応じて、装置の前に、スクラバーなどの微量不純物除去装置、粉塵フィルター、精製器等を設けることができる。

【符号の説明】

【0038】

１・・・ＣＯ_２回収装置、２・・・吸着筒、３・・・ＣＯ_２吸着剤、４・・・上部原料ガス流通ライン、５・・・下部原料ガス流通ライン、６・・・水蒸気供給ライン、７・・・ＣＯ_２回収ライン、８・・・ドレン水排出ライン、９・・・ブロア、１０・・・背圧弁、Ｖ１・・・上部原料ガス流通バルブ、Ｖ２・・・下部原料ガス流通バルブ、Ｖ３・・・水蒸気供給バルブ、Ｖ４・・・ＣＯ_２回収バルブ、Ｖ５・・・ドレン水排出バルブ

【図1】

【図2】