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特開2024-112793煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置及び方法
(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】P2024112793
(43)【公開日】2024-08-21
(54)【発明の名称】煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置及び方法
(51)【国際特許分類】
F25J 3/02 20060101AFI20240814BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20240814BHJP
B01D 53/82 20060101ALI20240814BHJP
B01D 53/96 20060101ALI20240814BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20240814BHJP
【ＦＩ】
F25J3/02 A
B01D53/62 ZAB
B01D53/82
B01D53/96
C01B32/50
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024017273
(22)【出願日】2024-02-07
(31)【優先権主張番号】202310077474.5
(32)【優先日】2023-02-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】524052837
【氏名又は名称】杭▲やん▼集団股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＮＧＺＨＯＵ ＯＸＹＧＥＮ ＰＬＡＮＴ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】７９９ Ｘｉａｎｇｆｕ Ｒｏａｄ， Ｑｉｎｇｓｈａｎｈｕ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｌｉｎ’ａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ３１１３００ Ｐ． Ｒ． Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】韓 一松
(72)【発明者】
【氏名】譚 芳
(72)【発明者】
【氏名】蒋 云云
(72)【発明者】
【氏名】姚 蕾
(72)【発明者】
【氏名】高 毅
(72)【発明者】
【氏名】彭 旭東
(72)【発明者】
【氏名】李 良英
【テーマコード（参考）】
4D002
4D047
4G146
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA04
4D002BA13
4D002BA20
4D002DA41
4D002DA45
4D002EA01
4D002EA05
4D002EA07
4D002FA10
4D002GA01
4D002GB20
4D002HA08
4D047AA07
4D047AB00
4D047AB02
4D047BA10
4D047BB03
4D047BB10
4D047CA07
4D047DA04
4D047DA05
4G146JA02
4G146JB09
4G146JC08
4G146JC10
4G146JC25
4G146JC27
4G146JD03
4G146JD06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】低コスト、低エネルギー消費で煙道ガス中のＣＯ２及びＮ２を回収する装置及び方法を提供する。
【解決手段】前処理システムは、高温ＮＧ冷却器と、気液分離器と、昇圧ブロワと、乾燥機とを含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムは、低温ＬＮＧ冷却器と、低温吸着装置とを含み、Ｎ２精製液化システムは、圧縮機と、冷却器と、熱交換器と、気液分離器と、精留塔とから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２精製液化システムは、圧縮機と、冷却器と、凝縮器と、蒸発器と、液化器と、精製塔とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化する。上記の各システムは、管路及びバルブを介して接続される。本発明の装置及び方法は、煙道ガスからＣＯ２及びＮ２を回収し、ＬＮＧ冷熱によりＣＯ２及びＮ２の液化を駆動し、回収のエネルギー消費及びコストを大幅に減少させることができる。
【選択図】図１
【解決手段】前処理システムは、高温ＮＧ冷却器と、気液分離器と、昇圧ブロワと、乾燥機とを含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムは、低温ＬＮＧ冷却器と、低温吸着装置とを含み、Ｎ２精製液化システムは、圧縮機と、冷却器と、熱交換器と、気液分離器と、精留塔とから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２精製液化システムは、圧縮機と、冷却器と、凝縮器と、蒸発器と、液化器と、精製塔とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化する。上記の各システムは、管路及びバルブを介して接続される。本発明の装置及び方法は、煙道ガスからＣＯ２及びＮ２を回収し、ＬＮＧ冷熱によりＣＯ２及びＮ２の液化を駆動し、回収のエネルギー消費及びコストを大幅に減少させることができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置であって、
前記装置は、互いに管路及びバルブを介して接続される前処理システム（０１）と、ＣＯ２・Ｎ２分離システム（０２）と、Ｎ２精製液化システム（０３）と、ＣＯ２精製液化システム（０４）とを含み、前記前処理システム（０１）は、高温ＮＧ冷却器（１ａ）と、気液分離器（１ｂ）と、昇圧ブロワ（１ｃ）と、乾燥機（１ｄ）とを含み、煙道ガスから水分を除去し、煙道ガスを冷却するものであり、前記ＣＯ２・Ｎ２分離システム（０２）は、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）と、低温吸着装置（２ｂ）とを含み、前処理後の煙道ガスをさらに冷却、吸着してＣＯ２とＮ２を分離するものであり、前記Ｎ２精製液化システム（０３）は、原料圧縮機と、熱交換器（３ｃ）と、冷却器（３ｂ）と、気液分離器（３ｉ）と、精留システム（３ｍ）とから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化するものであり、前記ＣＯ２精製液化システム（０４）は、ＣＯ２圧縮機（４ａ）と、冷却器（４ｂ）と、蒸発器（４ｃ）と、凝縮器（４ｆ）と、液化器（４ｄ）と、精製塔（４ｅ）とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化するものであり、
前記前処理システム（０１）における前記高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１入口（１０）は、煙道ガス排出口に接続され、高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに冷却し、冷却後の煙道ガスは前記高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１出口（１１）を経て気液分離器（１ｂ）により煙道ガス中のほとんどの水は除去され、水は前記気液分離器（１ｂ）の水出口（１２）から排出され、冷却後の煙道ガスは前記気液分離器（１ｂ）のガス出口（１３）を経て前記昇圧ブロワ（１ｃ）により加圧された後、通路（１４）を経て前記乾燥機（１ｄ）に入ってさらに乾燥され、前記前処理システム（０１）における前記乾燥機（１ｄ）は、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の入口（１５）に接続され、ＬＮＧ冷熱により前処理後の乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、前記低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の出口（１６）は、前記低温吸着装置（２ｂ）の入口に接続され、低温吸着の原理により低温煙道ガス中のＣＯ２を吸着して捕捉し、前記低温吸着装置（２ｂ）の脱着ガス出口（１８）で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、前記低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって炭素窒素分離の目的が達成され、前記低温吸着装置（２ｂ）で使用される吸着剤は、主にモレキュラーシーブ、活性炭であり、
前記低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）は、Ｎ２精製液化システム（０３）の原料圧縮機（３ａ）の入口（１９）に接続され、窒素含有ガスを加圧し、前記原料圧縮機（３ａ）の出口は、前記冷却器（３ｂ）の第１入口（２０）に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第１出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第１入口（２１）に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第２入口（８０）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第２出口（９０）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記熱交換器（３ｃ）の第１出口（２２）は、前記精留システム（３ｍ）に接続され、前記精留システム（３ｍ）の窒素ガス出口は、前記熱交換器の第２入口（３３）に接続され、前記熱交換器（３ｃ）の第２出口（３４）は、循環圧縮機（３ｋ）の入口に接続され、前記循環圧縮機（３ｋ）の出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第３入口（３５）に接続され、前記熱交換器の第３出口（３６）は、前記気液分離器（３ｉ）の第１入口に接続され、前記気液分離器（３ｉ）の底部で液体窒素製品が得られ、前記気液分離器（３ｉ）の第１出口（３８）から流出し、前記気液分離器（３ｉ）の第２出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第６入口（３７）に接続され、第６入口（３７）は、前記熱交換器（３ｃ）の第２出口（３４）に接続され、前記精留システム（３ｍ）のベント出口は、前記熱交換器の第４入口（２９）に接続され、前記熱交換器の第４出口（３０）は、ベント管路に接続され、ＬＮＧ液体の入口は、前記熱交換器の第５入口（３９）に接続され、高温冷熱ＮＧ出口は、前記熱交換器の第５出口（４０）に接続され、低温精留原理によりＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化することで高純度の液体窒素製品が得られ、前記精留システム（３ｍ）は、一塔式精留又は二塔式精留であり、
前記低温吸着装置（２ｂ）の脱着ガス出口（１８）は、ＣＯ２精製液化システム（０４）のＣＯ２圧縮機（４ａ）の入口（４１）に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、前記ＣＯ２圧縮機（４ａ）の出口は、前記冷却器（４ｂ）の第１入口（４２）に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第１出口（４３）は、前記蒸発器（４ｃ）の入口に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第２入口（４７）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第２出口（５２）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記蒸発器（４ｃ）の出口は、前記液化器（４ｄ）の第１入口（４４）に接続され、前記液化器（４ｄ）の第１出口（４５）は、前記精製塔（４ｅ）の中間入口に接続され、前記液化器（４ｄ）の第２入口（４８）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記液化器（４ｄ）の第２出口（５３）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記凝縮器（４ｆ）の第１入口（４６）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記凝縮器（４ｆ）第１出口（５１）は、ＮＧ出口管路に接続され、前記精製塔（４ｅ）の底部で工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、前記精製塔（４ｅ）の底部の第１出口（４９）を介して貯蔵システムに連通し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレード二酸化炭素を取得し、前記精製塔（４ｅ）の第２出口（５０）は、排ガスベント管路に接続されることを特徴とする、装置。
前記装置は、互いに管路及びバルブを介して接続される前処理システム（０１）と、ＣＯ２・Ｎ２分離システム（０２）と、Ｎ２精製液化システム（０３）と、ＣＯ２精製液化システム（０４）とを含み、前記前処理システム（０１）は、高温ＮＧ冷却器（１ａ）と、気液分離器（１ｂ）と、昇圧ブロワ（１ｃ）と、乾燥機（１ｄ）とを含み、煙道ガスから水分を除去し、煙道ガスを冷却するものであり、前記ＣＯ２・Ｎ２分離システム（０２）は、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）と、低温吸着装置（２ｂ）とを含み、前処理後の煙道ガスをさらに冷却、吸着してＣＯ２とＮ２を分離するものであり、前記Ｎ２精製液化システム（０３）は、原料圧縮機と、熱交換器（３ｃ）と、冷却器（３ｂ）と、気液分離器（３ｉ）と、精留システム（３ｍ）とから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化するものであり、前記ＣＯ２精製液化システム（０４）は、ＣＯ２圧縮機（４ａ）と、冷却器（４ｂ）と、蒸発器（４ｃ）と、凝縮器（４ｆ）と、液化器（４ｄ）と、精製塔（４ｅ）とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化するものであり、
前記前処理システム（０１）における前記高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１入口（１０）は、煙道ガス排出口に接続され、高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに冷却し、冷却後の煙道ガスは前記高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１出口（１１）を経て気液分離器（１ｂ）により煙道ガス中のほとんどの水は除去され、水は前記気液分離器（１ｂ）の水出口（１２）から排出され、冷却後の煙道ガスは前記気液分離器（１ｂ）のガス出口（１３）を経て前記昇圧ブロワ（１ｃ）により加圧された後、通路（１４）を経て前記乾燥機（１ｄ）に入ってさらに乾燥され、前記前処理システム（０１）における前記乾燥機（１ｄ）は、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の入口（１５）に接続され、ＬＮＧ冷熱により前処理後の乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、前記低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の出口（１６）は、前記低温吸着装置（２ｂ）の入口に接続され、低温吸着の原理により低温煙道ガス中のＣＯ２を吸着して捕捉し、前記低温吸着装置（２ｂ）の脱着ガス出口（１８）で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、前記低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって炭素窒素分離の目的が達成され、前記低温吸着装置（２ｂ）で使用される吸着剤は、主にモレキュラーシーブ、活性炭であり、
前記低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）は、Ｎ２精製液化システム（０３）の原料圧縮機（３ａ）の入口（１９）に接続され、窒素含有ガスを加圧し、前記原料圧縮機（３ａ）の出口は、前記冷却器（３ｂ）の第１入口（２０）に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第１出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第１入口（２１）に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第２入口（８０）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器（３ｂ）の第２出口（９０）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記熱交換器（３ｃ）の第１出口（２２）は、前記精留システム（３ｍ）に接続され、前記精留システム（３ｍ）の窒素ガス出口は、前記熱交換器の第２入口（３３）に接続され、前記熱交換器（３ｃ）の第２出口（３４）は、循環圧縮機（３ｋ）の入口に接続され、前記循環圧縮機（３ｋ）の出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第３入口（３５）に接続され、前記熱交換器の第３出口（３６）は、前記気液分離器（３ｉ）の第１入口に接続され、前記気液分離器（３ｉ）の底部で液体窒素製品が得られ、前記気液分離器（３ｉ）の第１出口（３８）から流出し、前記気液分離器（３ｉ）の第２出口は、前記熱交換器（３ｃ）の第６入口（３７）に接続され、第６入口（３７）は、前記熱交換器（３ｃ）の第２出口（３４）に接続され、前記精留システム（３ｍ）のベント出口は、前記熱交換器の第４入口（２９）に接続され、前記熱交換器の第４出口（３０）は、ベント管路に接続され、ＬＮＧ液体の入口は、前記熱交換器の第５入口（３９）に接続され、高温冷熱ＮＧ出口は、前記熱交換器の第５出口（４０）に接続され、低温精留原理によりＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化することで高純度の液体窒素製品が得られ、前記精留システム（３ｍ）は、一塔式精留又は二塔式精留であり、
前記低温吸着装置（２ｂ）の脱着ガス出口（１８）は、ＣＯ２精製液化システム（０４）のＣＯ２圧縮機（４ａ）の入口（４１）に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、前記ＣＯ２圧縮機（４ａ）の出口は、前記冷却器（４ｂ）の第１入口（４２）に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第１出口（４３）は、前記蒸発器（４ｃ）の入口に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第２入口（４７）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器（４ｂ）の第２出口（５２）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記蒸発器（４ｃ）の出口は、前記液化器（４ｄ）の第１入口（４４）に接続され、前記液化器（４ｄ）の第１出口（４５）は、前記精製塔（４ｅ）の中間入口に接続され、前記液化器（４ｄ）の第２入口（４８）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記液化器（４ｄ）の第２出口（５３）は、ＮＧ排出管路に接続され、前記凝縮器（４ｆ）の第１入口（４６）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記凝縮器（４ｆ）第１出口（５１）は、ＮＧ出口管路に接続され、前記精製塔（４ｅ）の底部で工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、前記精製塔（４ｅ）の底部の第１出口（４９）を介して貯蔵システムに連通し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレード二酸化炭素を取得し、前記精製塔（４ｅ）の第２出口（５０）は、排ガスベント管路に接続されることを特徴とする、装置。
【請求項2】
下記のステップ１から３を含む、請求項１に記載の装置を用いて煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する方法であって、
ステップ１：煙道ガス前処理において、
常温常圧の煙道ガスに対して冷却乾燥処理を行い、
ステップ２：ＣＯ２とＮ２の分離において、
乾燥機で乾燥されたガスが低温ＬＮＧ冷却器及び低温吸着装置（２ｂ）を通過することでガスから粗二酸化炭素ガスが脱着され、窒素含有ガスが排出され、
ステップ３：精製液化によるＣＯ２及びＮ２製品の取得において、
粗二酸化炭素ガス及び排出された窒素含有ガスをＣＯ２精留液化装置及びＮ２精留液化装置に通過させて精製液化することを特徴とする、方法。
ステップ１：煙道ガス前処理において、
常温常圧の煙道ガスに対して冷却乾燥処理を行い、
ステップ２：ＣＯ２とＮ２の分離において、
乾燥機で乾燥されたガスが低温ＬＮＧ冷却器及び低温吸着装置（２ｂ）を通過することでガスから粗二酸化炭素ガスが脱着され、窒素含有ガスが排出され、
ステップ３：精製液化によるＣＯ２及びＮ２製品の取得において、
粗二酸化炭素ガス及び排出された窒素含有ガスをＣＯ２精留液化装置及びＮ２精留液化装置に通過させて精製液化することを特徴とする、方法。
【請求項3】
前記ステップ１：煙道ガス前処理の方法において、常温常圧の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１入口（１０）に入り、前記冷却器（１ａ）において高温冷熱ＮＧにより煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器（１ａ）に入り、高温ＮＧ冷却器（１ａ）の第１出口（１１）から気液分離器（１ｂ）に入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口（１２）から排出され、冷却後の煙道ガスは気液分離器（１ｂ）のガス出口（１３）から排出され、昇圧ブロワ（１ｃ）によって加圧された後、通路（１４）を経て乾燥機（１ｄ）に入り、露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記ステップ２のＣＯ２とＮ２の分離の方法において、乾燥機（１ｄ）によって乾燥されたガスは低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の入口（１５）から低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）に入り、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）においてＬＮＧ冷熱により乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、低温ＬＮＧ冷却器（２ａ）の出口（１６）は、低温吸着装置（２ｂ）の入口に接続され、低温吸着の原理により低温乾燥煙道ガス中のＣＯ２を吸着して捕捉し、低温吸着装置（２ｂ）の脱着ガス出口（１８）で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって、二酸化炭素及び窒素ガスの精製原料ガスが得られ、炭素窒素分離の目的が達成されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記ステップ３のＮ２精製液化の方法において、低温吸着装置（２ｂ）の排気出口（１７）からの排気は、パイプを介して原料圧縮機（３ａ）の入口（１９）に接続され、窒素含有ガスを加圧し、原料圧縮機（３ａ）の出口は、冷却器（３ｂ）の第１入口（２０）に接続され、冷却器（３ｂ）の第１出口は、熱交換器（３ｃ）の第１入口（２１）に接続され、冷却器（３ｂ）の第２入口（８０）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器（３ｂ）の第２出口（９０）は、ＮＧ排出管路に接続され、加圧冷却後の窒素含有ガスは、熱交換器（３ｃ）において外部からのＬＮＧ、精留循環窒素ガス、精留パージガスと熱交換し、熱交換器（３ｃ）の第１出口（２２）を介して精留システム（３ｍ）に接続され、精留システム（３ｍ）において分離精製を行い、精留システム（３ｍ）の窒素ガス出口は、熱交換器（３ｃ）の第２入口（３３）に接続され、前記窒素ガスは循環窒素ガスとして用いられ、熱交換器（３ｃ）の第２出口（３４）を介して循環圧縮機（３ｋ）の入口に接続され、循環圧縮機（３ｋ）の出口は、熱交換器（３ｃ）の第３入口（３５）に接続され、熱交換器（３ｃ）の第３出口（３６）は、気液分離器（３ｉ）に接続され、気液分離器（３ｉ）の底部で高純度の液体窒素製品が得られ、気液分離器（３ｉ）の第１出口（３８）から流出し、気液分離器（３ｉ）のガスは、気液分離器（３ｉ）の第２出口から熱交換器（３ｃ）の第６入口（３７）に入り、熱交換器によって再加熱された後、第２出口（３４）から循環圧縮機（３ｋ）に入って圧縮され、精留システム（３ｍ）のパージガスは、熱交換器（３ｃ）の第４入口（２９）に接続され、再加熱された後、熱交換器（３ｃ）の第４出口（３０）からパージされ、ＬＮＧ液体入口は、熱交換器（３ｃ）の第５入口（３９）に接続され、高温冷熱のＮＧは熱交換器（３ｃ）の第５出口（４０）から流出して他のシステムの高温冷熱の由来源となり、前記ステップ３のＣＯ２精製液化の方法において、低温吸着装置（２ｂ）からの脱着ガスは、脱着ガス出口（１８）を介してＣＯ２圧縮機（４ａ）の入口（４１）に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、ＣＯ２圧縮機（４ａ）の出口は、冷却器（４ｂ）の第１入口（４２）に接続され、冷却器（４ｂ）の第２入口（４７）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器（４ｂ）の第２出口（５２）は、ＮＧ排出管路に接続され、冷却器（４ｂ）において高温冷熱ＮＧにより圧縮後の粗二酸化炭素ガスを冷却し、冷却器（４ｂ）の第１出口（４３）は、蒸発器（４ｃ）の入口に接続され、冷却後の粗二酸化炭素ガスは蒸発器の熱源として液体二酸化炭素の気化のために熱を供給し、蒸発器（４ｃ）の出口は、液化器（４ｄ）の第１入口（４４）に接続され、液化器（４ｄ）の第２入口（４８）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器（４ｄ）の第２出口（５３）は、ＮＧ排出管路に接続され、液化器（４ｄ）において、高温冷熱ＮＧにより粗二酸化炭素を液化凝縮し、液化器（４ｄ）の第１出口（４５）は、精製塔（４ｅ）の中間入口に接続され、精製塔に入って粗二酸化炭素に対して精製塔内で熱移動と物質移動により精製され、塔頂凝縮器（４ｆ）の第１入口（４６）は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器（４ｆ）の第１出口（５１）は、ＮＧ出口管路に接続され、高温冷熱ＮＧにより塔頂上昇ガスを凝縮還流し、同時に一部の排気を精製塔（４ｅ）の第２出口（５０）からパージし、精製塔（４ｅ）の底部で工業グレードの液体二酸化炭素を取得し、精製塔（４ｅ）の底部の第１出口（４９）を介して貯蔵システムに連通し、工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレードの二酸化炭素を取得することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項6】
前記冷却器（４ｂ）、前記液化器（４ｄ）、前記凝縮器（４ｆ）及びＮ２精製液化システム（０３）における前記冷却器（３ｂ）の冷源は、ＬＮＧの気化過程において発生した高温冷熱ＮＧに由来し、通常の電気駆動式冷凍機を用いて冷熱を生産する方式と比較してエネルギー消費が低く、安全で環境に優しく、ＬＮＧ高温冷熱の回収利用を実現することもできることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記Ｎ２精製液化システム（０３）は、電気エネルギーによる圧縮・膨張により冷熱を発生させる従来の方式の代わりに、前記熱交換器（３ｃ）においてＬＮＧの気化による冷熱により駆動して液体窒素製品を製造することによって、高純度液体窒素製品の製造エネルギー消費量が大幅に削減されるとともに、ＬＮＧがＮ２精製液化システム（０３）において気化してエネルギーを放出するときに発生した高温冷熱ＮＧは回収システムの他の部材の冷源としてＬＮＧの異なる温度の冷熱のカスケード利用を実現することができることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置及び方法に関し、低温技術の分野に属する。
【背景技術】
【0002】
化石燃料の排出は世界の二酸化炭素総排出量の４０％を占めている。中国では、現在のエネルギー構造は石炭が多く、石油が少なく、天然ガスが少ないため、石炭燃焼排ガスが中国の主な二酸化炭素排出源となっている。そのため、石炭燃焼煙道ガスに対する炭素排出量削減は、環境上重要な意味を持っている。エネルギー利用の過程において、ＣＯ２を分離回収する主な技術には、吸収技術、吸着技術、膜分離技術及び低温相変化分離技術などがある。溶液吸収法は、最も成熟したＣＯ２捕捉方法であり、世界中の様々な煙道ガスに使用されており、常圧低濃度の煙道ガスからＣＯ２を分離できるだけでなく、処理可能な量が大きく、得られたＣＯ２の純度が高い。しかし、この方法では、吸収後の溶液の再生に大量の熱を消費する必要があるとともに、吸収剤の製造に資源を消耗するだけでなく、一定期間使用すると効果がなくなるため、常に補充する必要がある。化学吸収剤もある程度毒性及び腐食性を有し、環境に対する影響が大きく、製造と回収のコストが高い。膜分離法は、ポリマー材料により製造されたフィルムの異なるガスに対する透過率の違いによりガスを分離し、圧力差を駆動力とする技術であるが、大規模な応用は比較的制限されている。圧力スイング吸着技術は、その吸着剤が再生されやすく、吸着剤の使用寿命が長く、設備が簡単などの多くの利点を有するが、低濃度二酸化炭素の煙道ガスに対して、常温圧力スイング吸着技術のコスト及びエネルギー消費はいずれも非常に高い。
【0003】
また、中国はＬＮＧの主要輸入国である。ＬＮＧとは、気体状の天然ガスを低温プロセスにより液化精製して得られる低温混合液体であり、常圧での温度は－１６２℃である。ＬＮＧは受入基地で再気化する過程において大量の冷熱を放出し、従来の再気化プロセスでは、海水を用いてＬＮＧを気化させるため、極めて大きな冷熱浪費が引き起こされ、周囲の海域又は地域の環境に冷汚染をもたらす。ＬＮＧ受入基地の近くには石炭火力発電所が建設され、ＬＮＧの気化により放出された冷熱により煙道ガス中のＣＯ２及びＮ２を回収することによって、ＬＮＧ気化装置のコストが削減されるとともに、回収装置の電力消費が減少し、間接的に温室効果ガスの排出が減少し、非常に大きな経済的及び社会的利益を有する。
【0004】
中国特許ＣＮ１０７８９９３７６Ａには、煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスの液化捕捉回収装置及び方法が開示されており、膜分離回収技術に属する。しかし、膜は、ガス源の清浄度に対する要求が高く、使用寿命が短く、製品純度が低く、価格が高く、工業的な大量生産には適していない。
【0005】
中国特許ＣＮ２１０８２５４３９Ｕには、石炭火力発電所ボイラー煙道ガスから二酸化炭素と窒素ガスを同時に回収するシステムが開示されている。このシステムは、煙道ガス前処理システムと、ＰＳＡ１システムと、ＰＳＡ２システムと、二酸化炭素圧縮精製システムと、二酸化炭素精留貯蔵システムと、ＰＳＡによる高純度窒素製造システムとを含む。このシステムは、二酸化炭素と窒素ガスを最大限に捕捉することができ、製品の純度が高い。しかし、設備の操作が不便で、エネルギー消費が多いという問題が存在する。
【0006】
中国特許ＣＮ２１６４８１８３６Ｕには、ボイラー煙道ガスから窒素ガスと二酸化炭素を同時に回収するシステムが開示されている。このシステムは、煙道ガス前処理システムと、炭素窒素分離システムと、二酸化炭素二次精製システムと、窒素ガス濃縮精製システムとを含む。このシステムは、二酸化炭素と窒素ガスを最大限に回収することができる。しかし、このシステムの炭素窒素分離は、常温圧力スイング吸着技術を採用し、吸着圧力が０．２～０．４ＭＰａと高いため、エネルギー消費が多い。また、冷熱の生産は、通常の電気駆動式冷凍を利用するため、回収コストが高い。
【発明の概要】
【0007】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置及び方法を提供することである。本発明は、ＬＮＧ気化による冷熱により、低温吸着技術と組み合わせて、低コスト、低エネルギー消費で煙道ガス中のＣＯ２及びＮ２の回収利用を実現し、比較的高い経済的価値と社会的価値を有する。上記の目的を達成するために、本発明は、以下の技術を利用する。
煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置であって、
前記装置は、互いに管路及びバルブを介して接続される前処理システムと、ＣＯ２・Ｎ２分離システムと、Ｎ２精製液化システムと、ＣＯ２精製液化システムとを含み、前記前処理システムは、高温ＮＧ冷却器と、気液分離器と、昇圧ブロワと、乾燥機とを含み、煙道ガスから水分を除去し、煙道ガスを冷却するものであり、前記ＣＯ２・Ｎ２分離システムは、低温ＬＮＧ冷却器と、低温吸着装置とを含み、前処理後の煙道ガスをさらに冷却、吸着してＣＯ２とＮ２を分離するものであり、前記Ｎ２精製液化システムは、原料圧縮機と、熱交換器と、冷却器と、気液分離器と、精留システムとから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化するものであり、前記ＣＯ２精製液化システムは、ＣＯ２圧縮機と、冷却器と、蒸発器と、凝縮器と、液化器と、精製塔とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化するものである。
煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置であって、
前記装置は、互いに管路及びバルブを介して接続される前処理システムと、ＣＯ２・Ｎ２分離システムと、Ｎ２精製液化システムと、ＣＯ２精製液化システムとを含み、前記前処理システムは、高温ＮＧ冷却器と、気液分離器と、昇圧ブロワと、乾燥機とを含み、煙道ガスから水分を除去し、煙道ガスを冷却するものであり、前記ＣＯ２・Ｎ２分離システムは、低温ＬＮＧ冷却器と、低温吸着装置とを含み、前処理後の煙道ガスをさらに冷却、吸着してＣＯ２とＮ２を分離するものであり、前記Ｎ２精製液化システムは、原料圧縮機と、熱交換器と、冷却器と、気液分離器と、精留システムとから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化するものであり、前記ＣＯ２精製液化システムは、ＣＯ２圧縮機と、冷却器と、蒸発器と、凝縮器と、液化器と、精製塔とから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化するものである。
【0008】
好ましくは、前記前処理システムにおける前記高温ＮＧ冷却器の第１入口は、煙道ガス排出口に接続され、高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに冷却し、冷却後の煙道ガスは前記高温ＮＧ冷却器の第１出口を経て気液分離器により煙道ガス中のほとんどの水は除去され、水は前記気液分離器の水出口から排出され、冷却後の煙道ガスは前記気液分離器のガス出口を経て前記昇圧ブロワにより加圧された後、通路を経て前記乾燥機に入ってさらに乾燥され、前記前処理システムにおける前記乾燥機は、低温ＬＮＧ冷却器の入口に接続され、ＬＮＧ冷熱により前処理後の乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、前記低温ＬＮＧ冷却器の出口は、前記低温吸着装置の入口に接続され、低温吸着の原理により低温煙道ガス中のＣＯ２を吸着して捕捉し、前記低温吸着装置の脱着ガス出口で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、前記低温吸着装置の排気出口で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって炭素窒素分離の目的が達成され、前記低温吸着装置で使用される吸着剤は、主にモレキュラーシーブ、活性炭である。
【0009】
好ましくは、前記低温吸着装置の出口の排気パイプは、Ｎ２精製液化システムの原料圧縮機の入口に接続され、窒素含有ガスを加圧し、前記原料圧縮機の出口は、前記冷却器の第１入口に接続され、前記冷却器の第１出口は、前記熱交換器の第１入口に接続され、前記冷却器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、前記熱交換器の第１出口は、前記精留システムに接続され、前記精留システムの窒素ガス出口は、前記熱交換器の第２入口に接続され、前記熱交換器の第２出口は、循環圧縮機の入口に接続され、前記循環圧縮機の出口は、前記熱交換器の第３入口に接続され、前記熱交換器の第３出口は、前記気液分離器の第１入口に接続され、前記気液分離器の底部で液体窒素製品が得られ、前記気液分離器の第１出口から流出し、前記気液分離器の第２出口は、前記熱交換器の第６入口に接続され、第６入口は、前記熱交換器の第２出口に接続され、前記精留システムのベント出口は、前記熱交換器の第４入口に接続され、前記熱交換器の第４出口は、ベント管路に接続され、ＬＮＧ液体の入口は、前記熱交換器の第５入口に接続され、高温冷熱ＮＧ出口は、前記熱交換器の第５出口に接続され、低温精留原理によりＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化することで高純度の液体窒素製品が得られ、前記精留システムは、一塔式精留又は二塔式精留である。
【0010】
好ましくは、前記低温吸着装置の出口の脱着ガスパイプは、ＣＯ２精製液化システムのＣＯ２圧縮機の入口に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、前記ＣＯ２圧縮機の出口は、前記冷却器の第１入口に接続され、前記冷却器の第１出口は、前記蒸発器の入口に接続され、前記冷却器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、前記蒸発器の出口は、前記液化器の第１入口に接続され、前記液化器の第１出口は、前記精製塔の中間入口に接続され、前記液化器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記液化器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、前記凝縮器の第１入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記凝縮器第１出口は、ＮＧ出口管路に接続され、前記精製塔の底部で工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、前記精製塔の底部の第１出口を介して貯蔵システムに連通し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレード二酸化炭素を取得し、前記精製塔の第２出口は、排ガスベント管路に接続される。
【0011】
煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する方法であって、
ステップ１：煙道ガス前処理において、
常温常圧の煙道ガスに対して冷却乾燥処理を行い、
ステップ２：ＣＯ２とＮ２の分離において、
乾燥機で乾燥されたガスが低温ＬＮＧ冷却器及び低温吸着装置を通過することでガスから粗二酸化炭素ガスが脱着され、窒素含有ガスが排出され、
ステップ３：精製液化によるＣＯ２及びＮ２製品の取得において、
粗二酸化炭素ガス及び排出された窒素含有ガスをＣＯ２精留液化装置及びＮ２精留液化装置に通過させて精製液化する。
ステップ１：煙道ガス前処理において、
常温常圧の煙道ガスに対して冷却乾燥処理を行い、
ステップ２：ＣＯ２とＮ２の分離において、
乾燥機で乾燥されたガスが低温ＬＮＧ冷却器及び低温吸着装置を通過することでガスから粗二酸化炭素ガスが脱着され、窒素含有ガスが排出され、
ステップ３：精製液化によるＣＯ２及びＮ２製品の取得において、
粗二酸化炭素ガス及び排出された窒素含有ガスをＣＯ２精留液化装置及びＮ２精留液化装置に通過させて精製液化する。
【0012】
好ましくは、前記ステップ１：煙道ガス前処理の方法において、常温常圧の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器の第１入口に入り、前記冷却器において高温冷熱ＮＧにより煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器に入り、高温ＮＧ冷却器の第１出口から気液分離器に入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口から排出され、冷却後の煙道ガスは気液分離器のガス出口から排出され、昇圧ブロワによって加圧された後、通路を経て乾燥機に入り、露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥される。
【0013】
好ましくは、前記ステップ２のＣＯ２とＮ２の分離の方法において、乾燥機によって乾燥されたガスは低温ＬＮＧ冷却器の入口から低温ＬＮＧ冷却器に入り、低温ＬＮＧ冷却器においてＬＮＧ冷熱により乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、低温ＬＮＧ冷却器の出口は、低温吸着装置の入口に接続され、低温吸着の原理により低温乾燥煙道ガス中のＣＯ２などを吸着して捕捉し、低温吸着装置の脱着ガス出口で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、低温吸着装置の排気出口で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって、二酸化炭素及び窒素ガスの精製原料ガスが得られ、炭素窒素分離の目的が達成される。
【0014】
好ましくは、前記ステップ３のＮ２精製液化の方法において、低温吸着装置の排気出口からの排気は、パイプを介して原料圧縮機の入口に接続され、窒素含有ガスを加圧し、原料圧縮機の出口は、冷却器の第１入口に接続され、冷却器の第１出口は、熱交換器の第１入口に接続され、冷却器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、加圧冷却後の窒素含有ガスは、熱交換器において外部からのＬＮＧ、精留循環窒素ガス、精留パージガスと熱交換し、熱交換器の第１出口を介して精留システムに接続され、精留システムにおいて分離精製を行い、精留システムの窒素ガス出口は、熱交換器の第２入口に接続され、この窒素ガスは循環窒素ガスとして用いられ、熱交換器の第２出口を介して循環圧縮機の入口に接続され、循環圧縮機の出口は、熱交換器の第３入口に接続され、熱交換器の第３出口は、気液分離器に接続され、気液分離器の底部で高純度の液体窒素製品が得られ、気液分離器の第１出口から流出し、気液分離器のガスは、気液分離器の第２出口から熱交換器の第６入口に入り、熱交換器によって再加熱された後、第２出口から循環圧縮機に入って圧縮され、精留システムのパージガスは、熱交換器の第４入口に接続され、再加熱された後、熱交換器の第４出口からパージされ、ＬＮＧ液体入口は、熱交換器の第５入口に接続され、高温冷熱のＮＧは熱交換器の第５出口から流出して他のシステムの高温冷熱の由来源となり、
前記ステップ３のＣＯ２精製液化の方法において、低温吸着装置からの脱着ガスは、脱着ガス出口を介してＣＯ２圧縮機の入口に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、ＣＯ２圧縮機の出口は、冷却器の第１入口に接続され、冷却器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、冷却器において高温冷熱ＮＧにより圧縮後の粗二酸化炭素ガスを冷却し、冷却器の第１出口は、蒸発器の入口に接続され、冷却後の粗二酸化炭素ガスは蒸発器の熱源として液体二酸化炭素の気化のために熱を供給し、蒸発器の出口は、液化器の第１入口に接続され、液化器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、液化器において、高温冷熱ＮＧにより粗二酸化炭素を液化凝縮し、液化器の第１出口は、精製塔の中間入口に接続され、精製塔に入って粗二酸化炭素に対して精製塔内で熱移動と物質移動により精製され、塔頂凝縮器の第１入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器の第１出口は、ＮＧ出口管路に接続され、高温冷熱ＮＧにより塔頂上昇ガスを凝縮還流し、同時に一部の排気を精製塔の第２出口からパージし、精製塔の底部で工業グレードの液体二酸化炭素を取得し、精製塔の底部の第１出口を介して貯蔵システムに連通し、工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレードの二酸化炭素を取得する。
前記ステップ３のＣＯ２精製液化の方法において、低温吸着装置からの脱着ガスは、脱着ガス出口を介してＣＯ２圧縮機の入口に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、ＣＯ２圧縮機の出口は、冷却器の第１入口に接続され、冷却器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、冷却器において高温冷熱ＮＧにより圧縮後の粗二酸化炭素ガスを冷却し、冷却器の第１出口は、蒸発器の入口に接続され、冷却後の粗二酸化炭素ガスは蒸発器の熱源として液体二酸化炭素の気化のために熱を供給し、蒸発器の出口は、液化器の第１入口に接続され、液化器の第２入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器の第２出口は、ＮＧ排出管路に接続され、液化器において、高温冷熱ＮＧにより粗二酸化炭素を液化凝縮し、液化器の第１出口は、精製塔の中間入口に接続され、精製塔に入って粗二酸化炭素に対して精製塔内で熱移動と物質移動により精製され、塔頂凝縮器の第１入口は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器の第１出口は、ＮＧ出口管路に接続され、高温冷熱ＮＧにより塔頂上昇ガスを凝縮還流し、同時に一部の排気を精製塔の第２出口からパージし、精製塔の底部で工業グレードの液体二酸化炭素を取得し、精製塔の底部の第１出口を介して貯蔵システムに連通し、工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレードの二酸化炭素を取得する。
【0015】
好ましくは、前記冷却器、前記液化器、前記凝縮器及びＮ２精製液化システムにおける前記冷却器の冷源は、ＬＮＧの気化過程において発生した高温冷熱ＮＧに由来し、通常の電気駆動式冷凍機を用いて冷熱を生産する方式と比較してエネルギー消費が低く、安全で環境に優しく、ＬＮＧ高温冷熱の回収利用を実現することもできる。
【0016】
好ましくは、前記Ｎ２精製液化システムは、電気エネルギーによる圧縮・膨張により冷熱を発生させる従来の方式の代わりに、前記熱交換器においてＬＮＧの気化による冷熱により駆動して液体窒素製品を製造することによって、高純度液体窒素製品の製造エネルギー消費量が大幅に削減されるとともに、ＬＮＧがＮ２精製液化システムにおいて気化してエネルギーを放出するときに発生した高温冷熱ＮＧは回収システムの他の部材の冷源としてＬＮＧの異なる温度の冷熱のカスケード利用を実現することができる。
【0017】
本発明で提供される煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置及び方法は、以下の有益な効果を有する。
１）本発明の装置及び方法では、ＬＮＧをシステムの冷熱の由来源として使用することにより、外部の電気冷凍システムを必要とせず、より省エネである。また、各システムの異なる温度要求に応じてＬＮＧの異なる温度での冷熱と合わせてＬＮＧ冷熱の効率的な利用を実現する。
２）本発明の装置及び方法では、低温吸着により炭素窒素分離を実現し、低圧下で含有量が比較的高い粗二酸化炭素ガス及び窒素含有ガスを得ることができ、後の精製システムの加圧電力使用率がより高く、全体的なエネルギー消費が少ない。
３）本発明では、ＬＮＧ冷熱液化により煙道ガス中のＣＯ２及びＮ２を回収し、低温吸着分離の特性によりＣＯ２とＮ２を効率的に分離し、低温精留法によりＣＯ２及びＮ２を精製液化することにより、低エネルギー消費、低コストで高純度の液体二酸化炭素及び高純度の液体窒素を得ることができる。
１）本発明の装置及び方法では、ＬＮＧをシステムの冷熱の由来源として使用することにより、外部の電気冷凍システムを必要とせず、より省エネである。また、各システムの異なる温度要求に応じてＬＮＧの異なる温度での冷熱と合わせてＬＮＧ冷熱の効率的な利用を実現する。
２）本発明の装置及び方法では、低温吸着により炭素窒素分離を実現し、低圧下で含有量が比較的高い粗二酸化炭素ガス及び窒素含有ガスを得ることができ、後の精製システムの加圧電力使用率がより高く、全体的なエネルギー消費が少ない。
３）本発明では、ＬＮＧ冷熱液化により煙道ガス中のＣＯ２及びＮ２を回収し、低温吸着分離の特性によりＣＯ２とＮ２を効率的に分離し、低温精留法によりＣＯ２及びＮ２を精製液化することにより、低エネルギー消費、低コストで高純度の液体二酸化炭素及び高純度の液体窒素を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明が解決しようとする技術的問題、技術的解決策及び有益な効果をより明確にするために、以下、図１－４及び具体的な実施形態により本発明をさらに詳しく説明する。なお、当業者であれば、本発明の原理を逸脱しない限り、本発明に複数の改良及び修飾を加えることができ、これらの改良及び修飾も本発明の保護範囲に含まれる。
【0020】
図１は、煙道ガス中の二酸化炭素及び窒素ガスを回収する装置を示す。前記装置は、互いに管路及びバルブを介して接続される前処理システム０１と、ＣＯ２・Ｎ２分離システム０２と、Ｎ２精製液化システム０３と、ＣＯ２精製液化システム０４とを含み、前記前処理システム０１は、高温ＮＧ冷却器１ａと、気液分離器１ｂと、昇圧ブロワ１ｃと、乾燥機１ｄとを含み、煙道ガスから水分を除去し、煙道ガスを冷却するものであり、前記ＣＯ２・Ｎ２分離システム０２は、低温ＬＮＧ冷却器２ａと、低温吸着装置２ｂとを含み、前処理後の煙道ガスをさらに冷却、吸着してＣＯ２とＮ２を分離するものであり、前記Ｎ２精製液化システム０３は、圧縮機３ａ及び３ｋと、冷却器３ｂと、熱交換器３ｃと、気液分離器３ｉと、精留システム３ｍとから構成されるＮ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化するものであり、前記ＣＯ２精製液化システム０４は、ＣＯ２圧縮機４ａと、冷却器４ｂと、蒸発器４ｃと、凝縮器４ｆと、液化器４ｄと、精製塔４ｅとから構成されるＣＯ２精留液化装置を含み、ＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた脱着ガスをさらに精製液化するものである。
【0021】
前記前処理システム０１は、高温ＮＧ冷却器１ａと、気液分離器１ｂと、昇圧ブロワ１ｃと、乾燥機１ｄを含む。前記高温ＮＧ冷却器１ａの第１入口１０は、煙道ガス排出口に接続され、高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに冷却し、冷却後の煙道ガスは前記高温ＮＧ冷却器１ａの第１出口１１を経て気液分離器１ｂにより煙道ガス中のほとんどの水は除去され、水は前記気液分離器１ｂの水出口１２から排出され、冷却後の煙道ガスは前記気液分離器１ｂのガス出口１３を経て前記昇圧ブロワ１ｃにより加圧された後、通路１４を経て前記乾燥機１ｄに入って露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥される。
【0022】
前記ＣＯ２・Ｎ２分離システムは、低温ＬＮＧ冷却器２ａと、低温吸着装置２ｂとを含む。低温ＬＮＧ冷却器２ａの入口１５は、前処理システム０１における乾燥器１ｄの出口に接続され、ＬＮＧ冷熱により前処理後の乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却する。低温ＬＮＧ冷却器２ａの出口１６は、低温吸着装置２ｂの入口に接続され、低温吸着の原理により低温煙道ガスにおけるＣＯ２を吸着して捕捉し、低温吸着装置の脱着ガス出口１８で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、低温吸着装置の排気出口１７で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、炭素窒素分離の目的が達成される。
【0023】
図２に示すように、前記Ｎ２精製液化システム０３の前記原料圧縮機３ａの入口１９は、前記低温吸着装置２ｂの排気出口１７に接続され、窒素含有ガスを加圧する。前記原料圧縮機３ａの出口は、前記冷却器３ｂの第１入口２０に接続され、前記冷却器３ｂの第１出口は、前記熱交換器３ｃの第１入口２１に接続され、前記冷却器３ｂの第２入口８０は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、前記冷却器３ｂの第２出口９０は、ＮＧ排出管路に接続され、前記熱交換器３ｃの第１出口２２は、前記精留システム３ｍに接続され、前記精留システム３ｍの窒素ガス出口は、前記熱交換器の第２入口３３に接続され、前記熱交換器３ｃの第２出口３４は、循環圧縮機３ｋの入口に接続され、前記循環圧縮機３ｋの出口は、前記熱交換器３ｃの第３入口３５に接続され、前記熱交換器の第３出口３６は、前記気液分離器３ｉの第１入口に接続され、前記気液分離器３ｉの底部で液体窒素製品が得られ、前記気液分離器３ｉの第１出口３８から流出し、前記気液分離器３ｉの第２出口は、前記熱交換器３ｃの第６入口３７に接続され、第６入口３７は、前記熱交換器３ｃの第２出口３４に接続され、前記精留システム３ｍのベント出口は、前記熱交換器の第４入口２９に接続され、前記熱交換器の第４出口３０は、ベント管路に接続され、ＬＮＧ液体の入口は、前記熱交換器の第５入口３９に接続され、高温冷熱ＮＧ出口は、前記熱交換器の第５出口４０に接続され、低温精留原理によりＣＯ２・Ｎ２分離システムから得られた窒素含有ガスをさらに精製液化することで高純度の液体窒素製品が得られる。
【0024】
図３に示すように、前記ＣＯ２精製液化システム０４は、ＣＯ２圧縮機４ａと、冷却器４ｂと、蒸発器４ｃと、液化器４ｄと、凝縮器４ｆと、精製塔４ｅとからなるＣＯ２精留液化装置を含む。ＣＯ２圧縮機４ａの入口４１は、低温吸着装置２ｂの脱着ガス出口１８に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧する。ＣＯ２圧縮機４ａの出口は、冷却器４ｂの第１入口４２に接続され、冷却器４ｂの第１出口４３は、蒸発器４ｃの入口に接続され、冷却器４ｂの第２入口４７は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器４ｂの第２出口５２は、ＮＧ排出管路に接続される。蒸発器４ｃの出口は、液化器４ｄの第１入口４４に接続され、液化器４ｄの第１出口４５は、精製塔４ｅの中間入口に接続され、液化器４ｄの第２入口４８は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器４ｄの第２出口５３は、ＮＧ排出管路に接続される。凝縮器４ｆの第１入口４６は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器４ｆの第１出口５１は、ＮＧ出口管路に接続される。精製塔４ｅの底部で工業グレードの液体二酸化炭素製品が得られ、精製塔４ｅの底部の第１出口４９を介して貯蔵システムに連通し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレードの二酸化炭素を取得する。精製塔４ｅの第２出口５０は、排ガスベント管路に接続される。
【0025】
具体的な実施形態は、以下のステップを含む。
ステップ１：常温常圧の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器１ａの第１入口１０に入り、前記冷却器１ａにおいて高温冷熱ＮＧにより煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器１ａに入り、高温ＮＧ冷却器１ａの第１出口１１から気液分離器１ｂに入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口１２から排出され、冷却後の煙道ガスは気液分離器１ｂのガス出口１３から排出され、昇圧ブロワ１ｃによって加圧された後、通路１４を経て乾燥機１ｄに入り、露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥される。
ステップ１：常温常圧の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器１ａの第１入口１０に入り、前記冷却器１ａにおいて高温冷熱ＮＧにより煙道ガスを冷却し、冷却後の煙道ガスは高温ＮＧ冷却器１ａに入り、高温ＮＧ冷却器１ａの第１出口１１から気液分離器１ｂに入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口１２から排出され、冷却後の煙道ガスは気液分離器１ｂのガス出口１３から排出され、昇圧ブロワ１ｃによって加圧された後、通路１４を経て乾燥機１ｄに入り、露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥される。
【0026】
ステップ２：乾燥機１ｄによって乾燥されたガスは低温ＬＮＧ冷却器２ａの入口１５から低温ＬＮＧ冷却器２ａに入り、低温ＬＮＧ冷却器２ａにおいてＬＮＧ冷熱により乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度まで冷却し、低温ＬＮＧ冷却器２ａの出口１６は、低温吸着装置２ｂの入口に接続され、低温吸着の原理により低温乾燥煙道ガス中のＣＯ２などを吸着して捕捉し、低温吸着装置２ｂの脱着ガス出口１８で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、低温吸着装置２ｂの排気出口１７で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られ、これによって、二酸化炭素及び窒素ガスの精製原料ガスが得られ、炭素窒素分離の目的が達成される。
【0027】
ステップ３：低温吸着装置２ｂの排気出口１７からの排気は、パイプを介して原料圧縮機３ａの入口１９に接続され、窒素含有ガスを加圧し、原料圧縮機３ａの出口は、冷却器３ｂの第１入口２０に接続され、冷却器３ｂの第１出口は、熱交換器３ｃの第１入口２１に接続され、冷却器３ｂの第２入口８０は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器３ｂの第２出口９０は、ＮＧ排出管路に接続され、加圧冷却後の窒素含有ガスは、熱交換器３ｃにおいて外部からのＬＮＧ、精留循環窒素ガス、精留パージガスと熱交換し、熱交換器３ｃの第１出口２２を介して精留システム３ｍに接続され、精留システム３ｍにおいて分離精製を行い、精留システム３ｍの窒素ガス出口は、熱交換器３ｃの第２入口３３に接続され、この窒素ガスは循環窒素ガスとして用いられ、熱交換器３ｃの第２出口３４を介して循環圧縮機３ｋの入口に接続され、循環圧縮機３ｋの出口は、熱交換器３ｃの第３入口３５に接続され、熱交換器３ｃの第３出口３６は、気液分離器３ｉに接続され、気液分離器３ｉの底部で高純度の液体窒素製品が得られ、気液分離器３ｉの第１出口３８から流出し、気液分離器３ｉのガスは、気液分離器３ｉの第２出口から熱交換器３ｃの第６入口３７に入り、熱交換器によって再加熱された後、第２出口３４から循環圧縮機３ｋに入って圧縮され、精留システム３ｍのパージガスは、熱交換器３ｃの第４入口２９に接続され、再加熱された後、熱交換器３ｃの第４出口３０からパージされ、ＬＮＧ液体入口は、熱交換器３ｃの第５入口３９に接続され、高温冷熱のＮＧは熱交換器３ｃの第５出口４０から流出して他のシステムの高温冷熱の由来源となる。
【0028】
ステップ４：低温吸着装置２ｂからの脱着ガスは、脱着ガス出口１８を介してＣＯ２圧縮機４ａの入口４１に接続され、粗二酸化炭素ガスを加圧し、ＣＯ２圧縮機４ａの出口は、冷却器４ｂの第１入口４２に接続され、冷却器４ｂの第２入口４７は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器４ｂの第２出口５２は、ＮＧ排出管路に接続され、冷却器４ｂにおいて高温冷熱ＮＧにより圧縮後の粗二酸化炭素ガスを冷却し、冷却器４ｂの第１出口４３は、蒸発器４ｃの入口に接続され、冷却後の粗二酸化炭素ガスは蒸発器の熱源として液体二酸化炭素の気化のために熱を供給し、蒸発器４ｃの出口は、液化器４ｄの第１入口４４に接続され、液化器４ｄの第２入口４８は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器４ｄの第２出口５３は、ＮＧ排出管路に接続され、液化器４ｄにおいて、高温冷熱ＮＧにより粗二酸化炭素を液化凝縮し、液化器４ｄの第１出口４５は、精製塔４ｅの中間入口に接続され、精製塔に入って粗二酸化炭素に対して精製塔内で熱移動と物質移動により精製され、塔頂凝縮器４ｆの第１入口４６は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器４ｆの第１出口５１は、ＮＧ出口管路に接続され、高温冷熱ＮＧにより塔頂上昇ガスを凝縮還流し、同時に一部の排気を精製塔４ｅの第２出口５０からパージし、精製塔４ｅの底部で工業グレードの液体二酸化炭素を取得し、精製塔４ｅの底部の第１出口４９を介して貯蔵システムに連通し、工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、二酸化炭素精制システムに連通してもよく、ＣＯ２を二次精製して食品グレードの二酸化炭素を取得する。
【0029】
前記低温吸着装置２ｂに使用される吸着剤は、主にモレキュラーシーブ、活性炭である。
【0030】
前記Ｎ２精製液化システム０３における前記精留システム３ｍは、一塔式精留プロセスであってもよく、二塔式精留プロセスであってもよい。
【0031】
本発明の装置及び方法では、ＬＮＧが気化する際に放出された冷熱をシステムの冷熱の由来源とすることにより、外部の電気冷凍システムを必要とせず、より省エネである。また、各システムの異なる温度要求に応じてＬＮＧの異なる温度での冷熱と合わせてＬＮＧの異なる勾配冷熱の効率的な利用を実現する。
【0032】
本発明の装置及び方法では、低温吸着により炭素窒素分離を実現し、低圧下で含有量が比較的高い粗二酸化炭素ガス及び窒素含有ガスを得ることができ、全体的なエネルギー消費が少ない。
【0033】
図４は、前記装置及び方法におけるＮ２精製液化システム０３の変形例の模式図であり、前記Ｎ２精製液化システム０３の精留システム３ｍは、主に第１圧力塔３ｄと、第１凝縮蒸発器３ｅと、過冷却器３ｆと、第２圧力塔３ｇと、第２凝縮蒸発器３ｈと、液体窒素ポンプ３ｊとを含む。
【0034】
具体的な実施手順は以下の通りである。
熱交換器３ｃの第１出口２２は、第１圧力塔３ｄの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄの底部出口の液体は、過冷却器３ｆの第１入口２３に接続され、過冷却器３ｆの第１出口２４は、第１凝縮蒸発器３ｅの入口に接続され、第１圧力塔３ｄの底部液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第１凝縮蒸発器３ｅに入って冷源として使用される。第１凝縮蒸発器３ｅの出口２５は、第２圧力塔３ｇの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄの頂部出口の窒素ガスは、熱交換器の第２入口３３に接続される。第２圧力塔３ｇの底部出口は、過冷却器３ｆの第２入口２６に接続され、過冷却器３ｆの第２出口２７は、第２凝縮蒸発器３ｈの入口に接続され、第２圧力塔３ｇの底部液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第２凝縮蒸発器３ｈに入って冷源として使用される。第２凝縮蒸発器３ｈの出口は、過冷却器３ｆの第３入口２８に接続され、過冷却器３ｆの第３出口は、熱交換器の第４入口２９に接続される。第２圧力塔３ｇの頂部３１から液体窒素を抜き出して液体窒素ポンプ３ｊによって加圧した後、第１圧力塔３ｄの頂部３２に戻す。
熱交換器３ｃの第１出口２２は、第１圧力塔３ｄの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄの底部出口の液体は、過冷却器３ｆの第１入口２３に接続され、過冷却器３ｆの第１出口２４は、第１凝縮蒸発器３ｅの入口に接続され、第１圧力塔３ｄの底部液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第１凝縮蒸発器３ｅに入って冷源として使用される。第１凝縮蒸発器３ｅの出口２５は、第２圧力塔３ｇの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄの頂部出口の窒素ガスは、熱交換器の第２入口３３に接続される。第２圧力塔３ｇの底部出口は、過冷却器３ｆの第２入口２６に接続され、過冷却器３ｆの第２出口２７は、第２凝縮蒸発器３ｈの入口に接続され、第２圧力塔３ｇの底部液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第２凝縮蒸発器３ｈに入って冷源として使用される。第２凝縮蒸発器３ｈの出口は、過冷却器３ｆの第３入口２８に接続され、過冷却器３ｆの第３出口は、熱交換器の第４入口２９に接続される。第２圧力塔３ｇの頂部３１から液体窒素を抜き出して液体窒素ポンプ３ｊによって加圧した後、第１圧力塔３ｄの頂部３２に戻す。
【0035】
具体的な実施例
実施例１
図１、図２及び図３を参照されたい。
１．国家超低排出基準を満たすボイラー煙道ガスである常温常圧煙道ガス１０（約５０℃，０．１ＭＰａＡ）を、パイプを介して高温ＮＧ冷却器１ａの入口に流入させた。この冷却器において高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに５℃程度まで冷却した。冷却後の煙道ガスは、気液分離器１ｂの第１入口１１に入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口１２から排出された。冷却後の煙道ガスは、気液分離器ガスの出口１３から排出され、昇圧ブロワ１ｃによって加圧された後、通路１４を経て約０．１２ＭＰａＡで乾燥機１ｄに入って露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥された。
実施例１
図１、図２及び図３を参照されたい。
１．国家超低排出基準を満たすボイラー煙道ガスである常温常圧煙道ガス１０（約５０℃，０．１ＭＰａＡ）を、パイプを介して高温ＮＧ冷却器１ａの入口に流入させた。この冷却器において高温冷熱ＮＧにより煙道ガスをさらに５℃程度まで冷却した。冷却後の煙道ガスは、気液分離器１ｂの第１入口１１に入り、煙道ガス中のほとんどの水は気液分離器の水出口１２から排出された。冷却後の煙道ガスは、気液分離器ガスの出口１３から排出され、昇圧ブロワ１ｃによって加圧された後、通路１４を経て約０．１２ＭＰａＡで乾燥機１ｄに入って露点が関連要求を満たすまでさらに乾燥された。
【0036】
２．乾燥機１ｄの出口の乾燥ガスは、低温ＬＮＧ冷却器２ａの入口１５に接続され、この冷却器においてＬＮＧ冷熱により乾燥煙道ガスをＣＯ２沸点温度程度－７８℃（約０．１１ＭＰａＡ）まで冷却した。低温ＬＮＧ冷却器２ａの出口１６は、低温吸着装置２ｂの入口に接続され、低温吸着の原理により低温煙道ガス中のＣＯ２などを吸着して捕捉し、低温吸着装置２ｂの脱着ガス出口１８で炭素純度が比較的高い粗二酸化炭素ガスが得られ、低温吸着装置２ｂの排気出口１７で二酸化炭素１ｐｐｍ以下を含むかつ窒素純度が比較的高い窒素含有ガスが得られた。これによって、二酸化炭素及び窒素ガスの精製原料ガスが得られ、炭素窒素分離の目的が達成された。
【0037】
３．低温吸着装置２ｂの出口の排気出口１７（約－７０℃，０．１ＭＰａＡ）は、パイプを介して原料圧縮機３ａの入口１９に接続され、窒素含有ガスを約０．７５ＭＰａＡに加圧した。原料圧縮機３ａの出口は、冷却器３ｂの第１入口２０に接続され、冷却器３ｂの第１出口（約５℃）は、熱交換器３ｃの第１入口２１に接続され、冷却器３ｂの第２入口８０は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器３ｂの第２出口９０は、ＮＧ排出管路に接続された。加圧窒素含有ガスは、熱交換器３ｃにおいて、ＬＮＧ、精留循環窒素ガス、精留パージガスと熱交換し、熱交換器３ｃの第１出口２２（約－１７２℃，０．７２ＭＰａＡ）を介して精留システム３ｍに接続され、精留システムにおいて分離精製した。精留システム３ｍの出口での窒素ガス（約０．７１ＭＰａＡ）は、熱交換器３ｃの第２入口３３に接続され、この窒素ガスは循環窒素ガスとして用いられ、熱交換器３ｃの第２出口３４（約－１２１℃，０．７ＭＰａＡ）を介して循環圧縮機３ｋの入口に接続され、循環圧縮機３ｋの出口（約－５０℃，６．０ＭＰａＡ）は、熱交換器３ｃの第３入口３５に接続され、熱交換器３ｃの第３出口３６は、気液分離器３ｉに接続され、気液分離器３ｉの底部で高純度の液体窒素製品が得られ、気液分離器３ｉの第１出口３８（約－１９１℃，０．６ＭＰａＡ）から排出された。気液分離器３ｉにおけるガスは、頂部の第２出口を介して熱交換器３ｃの第６入口３７に接続され、第６入口３７は、熱交換器３ｃの第２出口３４に接続され、循環圧縮機の入口に戻った。精留システム３ｍからのパージガスは、熱交換器３ｃの第４入口２９（約－１７８℃，０．１４ＭＰａＡ）に接続され、常温まで再加熱した後、熱交換器３ｃの第４出口３０からパージされた。ＬＮＧ液体入口（約－１４０℃，１０．０ＭＰａＡ）は、熱交換器３ｃの第５入口３９に接続され、高温冷熱ＮＧを経て熱交換器３ｃの第５出口４０（約－７０℃，９．７ＭＰａＡ）から流出して他のシステムの高温冷熱の由来源とされた。
【0038】
低温吸着装置２ｂの脱着ガス出口１８は、ＣＯ２圧縮機４ａの入口４１に接続され、粗二酸化炭素ガスを約２．４ＭＰａＡに加圧した。ＣＯ２圧縮機の出口は、冷却器４ｂの第１入口４２に接続され、冷却器４ｂの第１出口４３は、蒸発器４ｃの入口に接続され、冷却器４ｂの第２入口４７は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、冷却器４ｂの第２出口５２は、ＮＧ排出管路に接続され、冷却器４ｂにおいて高温ＮＧにより圧縮後の粗二酸化炭素ガスを冷却した。冷却器４ｂの第１出口４３（約６℃）は、蒸発器４ｃの入口に接続され、冷却後の粗二酸化炭素ガスは蒸発器の熱源として液体二酸化炭素の気化のために熱を供給した。蒸発器４ｃの出口（約１５℃）は、液化器４ｄの第１入口４４に接続され、液化器４ｄの第１出口４５は、精製塔４ｅの中間入口に接続され、液化器４ｄの第２入口４８は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、液化器４ｄの第２出口５３は、ＮＧ排出管路に接続され、液化器において高温冷熱ＮＧにより粗二酸化炭素ガスを液化凝縮した。精製塔に入った粗二酸化炭素に対して精製塔内で熱移動及び物質移動を行い、さらに精製した。塔頂凝縮器４ｆの第１入口４６は、高温冷熱ＮＧ導入管路に接続され、凝縮器４ｆの第１出口５１は、ＮＧ出口管路に接続され、高温冷熱ＮＧにより塔頂上昇ガスを凝縮還流し、同時に一部の排気が精製塔４ｅの頂部の第２出口からパージし、精製塔４ｅの底部で工業グレードの液体二酸化炭素製品を取得し、精製塔４ｅの底部の第１出口４９（約－１７℃，２．３ＭＰａＡ）を介して貯蔵システムに連通し、ＣＯ２を二次精製するために二酸化炭素精制システムに連通してもよく、食品グレードの二酸化炭素を取得した。
【0039】
実施例２
図４示すように、熱交換器３ｃの第１出口２２（約－１７２℃，０．７２ＭＰａＡ）は、第１圧力塔３ｄの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄにおいて分離精製を行った。第１圧力塔３ｄの底部出口の液体は、過冷却器３ｆの第１入口２３に接続され、過冷却器３ｆの第１出口２４（約－１７５℃，０．７２ＭＰａＡ）は、第１凝縮蒸発器３ｅの入口に接続され、第１圧力塔３ｄの塔底部での液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第１凝縮蒸発器３ｅに入って冷源として使用された。第１凝縮蒸発器３ｅの出口２５（約－１８０℃，０．４ＭＰａＡ）は、第２圧力塔３ｇの底部入口に接続され、冷源が蒸発した後、第２圧力塔３ｇに入って二次分離精製を行った。第１圧力塔３ｄの頂部出口での窒素ガス（約０．７１ＭＰａＡ）は、熱交換器３ｃの第２入口３３に接続された。第２圧力塔３ｇの底部出口（約－１８０℃，０．４ＭＰａＡ）は、過冷却器３ｆの第２入口２６に接続され、過冷却器３ｆの第２出口２７は、第２凝縮蒸発器３ｈの入口に接続され、第２圧力塔３ｇの底部での液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第２凝縮蒸発器３ｈに入って冷源として使用された。第２凝縮蒸発器３ｈの出口は、過冷却器の第３入口２８に接続され、過冷却器３ｆの第３出口は、熱交換器３ｃの第４入口２９（約－１７８℃，０．１４ＭＰａＡ）に接続された。第２圧力塔３ｇの頂部３１から液体窒素を抜き出して液体窒素ポンプ３ｊにより約１．０ＭＰａＡに加圧し、第１圧力塔３ｄの頂部３２に戻した。
図４示すように、熱交換器３ｃの第１出口２２（約－１７２℃，０．７２ＭＰａＡ）は、第１圧力塔３ｄの底部入口に接続され、第１圧力塔３ｄにおいて分離精製を行った。第１圧力塔３ｄの底部出口の液体は、過冷却器３ｆの第１入口２３に接続され、過冷却器３ｆの第１出口２４（約－１７５℃，０．７２ＭＰａＡ）は、第１凝縮蒸発器３ｅの入口に接続され、第１圧力塔３ｄの塔底部での液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第１凝縮蒸発器３ｅに入って冷源として使用された。第１凝縮蒸発器３ｅの出口２５（約－１８０℃，０．４ＭＰａＡ）は、第２圧力塔３ｇの底部入口に接続され、冷源が蒸発した後、第２圧力塔３ｇに入って二次分離精製を行った。第１圧力塔３ｄの頂部出口での窒素ガス（約０．７１ＭＰａＡ）は、熱交換器３ｃの第２入口３３に接続された。第２圧力塔３ｇの底部出口（約－１８０℃，０．４ＭＰａＡ）は、過冷却器３ｆの第２入口２６に接続され、過冷却器３ｆの第２出口２７は、第２凝縮蒸発器３ｈの入口に接続され、第２圧力塔３ｇの底部での液体は、過冷却器３ｆによって過冷却された後、第２凝縮蒸発器３ｈに入って冷源として使用された。第２凝縮蒸発器３ｈの出口は、過冷却器の第３入口２８に接続され、過冷却器３ｆの第３出口は、熱交換器３ｃの第４入口２９（約－１７８℃，０．１４ＭＰａＡ）に接続された。第２圧力塔３ｇの頂部３１から液体窒素を抜き出して液体窒素ポンプ３ｊにより約１．０ＭＰａＡに加圧し、第１圧力塔３ｄの頂部３２に戻した。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
