特許 7573326 化学法によるＣＯ２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム及び方法

(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】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】化学法によるＣＯ２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 21/04 20060101AFI20241018BHJP

   B01D 53/04 20060101ALI20241018BHJP

   B01D 53/44 20060101ALI20241018BHJP

   B01D 53/48 20060101ALI20241018BHJP

   B01D 53/56 20060101ALI20241018BHJP

   B01D 53/75 20060101ALI20241018BHJP

   C01B 32/50 20170101ALN20241018BHJP

【ＦＩ】

C01B21/04 B

B01D53/04 110

B01D53/44 100

B01D53/48 ZAB

B01D53/56

B01D53/75

C01B32/50

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023568544

(86)(22)【出願日】2022-10-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-19

(86)【国際出願番号】 CN2022125136

(87)【国際公開番号】W WO2023066134

(87)【国際公開日】2023-04-27

【審査請求日】2023-11-06

(31)【優先権主張番号】202111217671.X

(32)【優先日】2021-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523419314

【氏名又は名称】▲タン▼和科技（北京）有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ

(72)【発明者】

【氏名】李玉雪

(72)【発明者】

【氏名】戚励

【審査官】佐藤 慶明

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０３１４５０８５（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１０１８６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５４１３４２９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０５－１１３１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ２１／０４

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

Ｂ０１Ｄ ５３／０２ － ５３／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／３４ － ５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４ － ５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粗処理装置と、高度浄化装置と、窒素ガス濃縮装置とを含む化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムであって、
前記粗処理装置は、排ガスにおける溶媒不純物を一次的に除去して一次クリーンガスを得るために用いられ、
前記高度浄化装置は、順に接続している圧縮機、高度除水装置及び第２のフィルターを含み、前記圧縮機の吸気口は前記粗処理装置の排気口に接続され、前記高度浄化装置は、一次クリーンガスを高度浄化して高度浄化ガスを得るために用いられ、前記高度浄化ガスの圧力は０．７～１．０ＭＰａであり、圧力露点は－２０～－３０℃であり、
前記窒素ガス濃縮装置は吸着塔を含み、前記吸着塔の吸気口は、前記第２のフィルターの排気口に接続され、前記吸着塔は、前記高度浄化ガスを変圧吸着して窒素ガスを得るために用いられ、
前記粗処理装置は、デミスタと、冷却器と、気液分離器と、第１のフィルターとを含み、前記デミスタの排気口は、前記冷却器の吸気口に接続され、前記冷却器の排気口は、前記気液分離器の吸気口に接続され、前記気液分離器の排気口は、前記第１のフィルターの吸気口に接続され、前記第１のフィルターの排気口は、前記圧縮機の吸気口に接続され、前記冷却器は、ガスの温度を３０～３５℃に下げ、前記第１のフィルターは、硫化物、窒素酸化物、水、ダストのいずれか１つまたは複数の組合せを除去するために用いられ、
前記高度除水装置は、分水タンク及び乾燥機を含み、前記分水タンクの吸気口は、前記圧縮機の排気口に接続され、前記分水タンクの排気口は、前記乾燥機の吸気口に接続され、前記乾燥機の排気口は前記第２のフィルターの吸気口に接続され、
前記化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスには、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素、水及び有機アミンが含まれ、前記窒素ガスの体積％は９０％以上であり、前記酸素ガスの体積％は８～１２％であり、前記二酸化炭素の体積％は０．５～２％であり、前記水の体積％は５～９％である、
ことを特徴とする化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム。

【請求項2】

少なくとも２つの前記吸着塔が設けられて吸着塔群を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム。

【請求項3】

前記吸着塔群が前記第２のフィルターの排気口に接続されるパイプには、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム。

【請求項4】

２つの前記吸着塔が並列に設けられ、前記吸着塔の塔頂排気口は、窒素ガス排気管を介して完成品窒素ガス貯蔵タンクに接続され、前記窒素ガス排気管には、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載のシステムを用いて窒素ガスを製造する、ことを特徴とする化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は窒素ガスのリサイクル技術分野に属し、具体的には化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、工場で用いられる窒素ガスは、いずれも、空気分離で窒素を製造することによるものであり、深冷及びＰＳＡ変圧吸着という２つの方法がある。いずれの方法でも、その用いられる原料ガスが空気であり、窒素ガス含有量が７８％である。

【0003】

煙道ガスにおける二酸化炭素の捕集回収利用は、「ダブル炭素」目標を実現するための重要な措置である。煙道ガスにおける二酸化炭素の捕集は、工業化として、主に化学吸収法（有機アミン法と通称する）及び物理吸着法という２つの方法があり、２つの方法はそれぞれの優点がある。２つの方法は、いずれも、二酸化炭素を回収してから排ガスの放出が発生し、その放出気の成分は異なるが、その中の窒素ガス含有量はいずれも空気における７８％の窒素ガス含有量よりはるかに高く、ただし、化学吸収法による放出気における窒素ガス含有量は約９０％以上であり、物理吸着法による放出気における窒素ガス含有量は約８５～８９％である。従来技術では、通常、排ガスを放出して直接排出するが、空気を原料として窒素ガスを製造することは、エネルギーの浪費をもたらす。

【0004】

したがって、上記従来技術の不足に対して改善した技術案を提供する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、上記技術問題を解決するために、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムを提供する。このシステムは化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスを処理して窒素ガスを製造することができ、放出気（化学法によるＣＯ_２を回収した排ガス）における高含有量の窒素ガスを回収することができるだけでなく、放出気の圧力を回収することもでき、省エネ効果が明らかである。

【0006】

本発明は、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法をさらに提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムは、以下の技術案を採用する。粗処理装置と、高度浄化装置と、窒素ガス濃縮装置とを含む化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムであって、前記粗処理装置は、排ガスにおける溶媒不純物を一次的に除去して一次クリーンガスを得るために用いられ、前記高度浄化装置は、順に接続している圧縮機、高度除水装置及び第２のフィルターを含み、前記圧縮機の吸気口は前記粗処理装置の排気口に接続され、前記高度浄化装置は、一次クリーンガスを高度浄化して高度浄化ガスを得るために用いられ、前記窒素ガス濃縮装置は吸着塔を含み、前記吸着塔の吸気口は、前記第２のフィルターの排気口に接続され、前記吸着塔は、前記高度浄化ガスを変圧吸着して窒素ガスを得るために用いられる、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステム。

【0008】

好ましくは、前記高度除水装置は、分水タンク及び乾燥機を含み、前記分水タンクの吸気口は、前記圧縮機の排気口に接続され、前記分水タンクの排気口は、前記乾燥機の吸気口に接続され、前記乾燥機の排気口は前記第２のフィルターの吸気口に接続される。

【0009】

好ましくは、前記粗処理装置は、デミスタと、冷却器と、気液分離器と、第１のフィルターとを含み、前記デミスタの排気口は、前記冷却器の吸気口に接続され、前記冷却器の排気口は、前記気液分離器の吸気口に接続され、前記気液分離器の排気口は、前記第１のフィルターの吸気口に接続され、前記第１のフィルターの排気口は、前記圧縮機の吸気口に接続される。

【0010】

好ましくは、前記冷却器は、ガスの温度を３０～３５℃に下げ、前記第１のフィルターは、硫化物、窒素酸化物、水、ダストのいずれか１つまたは複数の組合せを除去するために用いられる。

【0011】

好ましくは、少なくとも２つの前記吸着塔が設けられて吸着塔群を形成する。

【0012】

好ましくは、前記吸着塔群が前記第２のフィルターの排気口に接続されるパイプには、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる。

【0013】

好ましくは、２つの前記吸着塔が並列に設けられ、前記吸着塔の塔頂排気口は、窒素ガス排気管を介して完成品窒素ガス貯蔵タンクに接続され、前記窒素ガス排気管には、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる。

【0014】

本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法は、以下の技術案を採用する。上記したシステムを用いて窒素ガスを製造する、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法。

【0015】

好ましくは、前記化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスには、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素、水及び有機アミンが含まれ、前記窒素ガスの体積％は９０％以上であり、前記酸素ガスの体積％は８～１２％であり、前記二酸化炭素の体積％は０．５～２％であり、前記水の体積％は５～９％である。

【0016】

好ましくは、前記高度浄化ガスの圧力は０．７～１．０ＭＰａであり、ダスト含有量は≦０．０１μｍであり、圧力露点は－２０～－３０℃である。

【有益な効果】

【0017】

本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムは、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスを処理して窒素ガスを製造することができ、放出気（化学法によるＣＯ_２を回収した排ガス）における高含有量の窒素ガスを回収することができるだけでなく、放出気の圧力を回収することもでき、省エネ効果が明らかである。

【0018】

本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムの全体設備は、自動化の程度が高く、省エネ効果がよく、工業上で大いに普及でき、炭素排出削減を実現する措置の一つである。

【0019】

本発明の一部を構成する明細書図面は、本発明のさらなる理解を提供するためのものであり、本発明の例示的な実施例及びその説明は本発明を説明するためのものであり、本発明の不当な限定を構成するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施例の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムの構成模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施例における技術案を明確に、完全に説明するが、明らかにするのは、説明された実施例は本発明の一部の実施例にすぎず、すべての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が取得された他のすべての実施例は、いずれも、本発明の保護の範囲に属する。

【0022】

以下、実施例を組み合わせて本発明を詳細に説明する。なお、衝突しない場合、本発明における実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせてもよい。

【0023】

従来技術では、通常、空気を原料として窒素ガスを製造するが、窒素ガス含有量がより高い、二酸化炭素を回収した排ガスをそのまま放出することにより、エネルギー浪費を引き起こす問題に対して、本発明は化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムを提供する。

【0024】

図１に示すように、本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムは、粗処理装置１００と、高度浄化装置２００と、窒素ガス濃縮装置３００とを含み、粗処理装置１００は、排ガスにおける溶媒不純物を一次的に除去して一次クリーンガスを得るために用いられ、高度浄化装置２００は、順に接続している圧縮機２１０、高度除水装置及び第２のフィルター２４０を含み、圧縮機２１０の吸気口は、粗処理装置１００の排気口に接続され、高度浄化装置２００は、一次クリーンガスを高度浄化して高度浄化ガスを得るために用いられ、窒素ガス濃縮装置３００は吸着塔３１０を含み、吸着塔３１０の吸気口は、第２のフィルター２４０の排気口に接続され、吸着塔３１０は、高度浄化ガスを変圧吸着して窒素ガスを得るために用いられる。

【0025】

本発明の化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造するシステムは、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスを処理して窒素ガスを製造することができ、放出気（化学法によるＣＯ_２を回収した排ガス）における高含有量の窒素ガスを回収することができるだけでなく、放出気の圧力を回収することもでき、省エネ効果が明らかである。

【0026】

本発明の好ましい実施例では、高度除水装置は、分水タンク２２０及び乾燥機２３０を含み、分水タンク２２０の吸気口は、圧縮機２１０の排気口に接続され、分水タンク２２０の排気口は、乾燥機２３０の吸気口に接続され、乾燥機２３０の排気口は第２のフィルター２４０の吸気口に接続される。一次クリーンガスを圧縮機２１０で加圧した後、分水タンク２２０で分水し、乾燥機２３０に入って二次乾燥浄化を行い、一次クリーンガスにおける水を高度除去し、先端に運ばれてきた微量の硫化物、窒素酸化物及び有機溶媒を除去することができ、一次クリーンガスをさらに浄化する。その後、ガスは第２のフィルター２４０に入り、微量の硫化物、窒素酸化物、水及びダストをさらに除去し、高度浄化ガス（例えば、高度浄化ガスは以下のレベルに達することができる。圧力は０．７～１．０ＭＰａであり、ダスト含有量は≦０．０１μｍであり、露点は－２０～－３０℃である)を得る。

【0027】

本発明の好ましい実施例では、粗処理装置１００は、デミスタ１１０と、冷却器１２０と、気液分離器１３０と、第１のフィルター１４０とを含み、デミスタ１１０の排気口は、冷却器１２０の吸気口に接続され、冷却器１２０の排気口は、気液分離器１３０の吸気口に接続され、気液分離器１３０の排気口は、第１のフィルター１４０の吸気口に接続され、第１のフィルター１４０の排気口は、圧縮機２１０の吸気口に接続される。デミスタ１１０を設けることによって、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスに持ち込まれた溶媒蒸気を一次的に脱霧し遮り止め、その後、冷却器１２０に入って温度を下げ、排ガスに持ち込まれた水蒸気を粗脱水することができる。

【0028】

本発明の好ましい実施例では、冷却器１２０は、ガスの温度を３０～３５℃に下げ、第１のフィルター１４０は、硫化物、窒素酸化物、水、ダストのいずれか１つまたは複数の組合せを除去するために用いられる。

【0029】

本発明の好ましい実施例では、少なくとも２つの吸着塔３１０が設けられて吸着塔群を形成する。

【0030】

本発明の好ましい実施例では、吸着塔群が第２のフィルター２４０の排気口に接続されるパイプには、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる。高度浄化ガスは、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブによって、異なる吸着塔３１０に入って吸着分離を行い、吸着塔３１０は２台以上であってもよく、完成品窒素ガスは、塔頂から集約されて完成品窒素ガス貯蔵タンクに入り、次級使用のために用いられる。

【0031】

本発明の好ましい実施例では、２つの吸着塔３１０が並列に設けられ、吸着塔３１０の塔頂排気口は、窒素ガス排気管を介して完成品窒素ガス貯蔵タンクに接続され、窒素ガス排気管には、ＰＬＣ制御エアオペレイトバルブが設けられる。

【0032】

本発明は、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法をさらに提供し、上記したシステムを用いて窒素ガスを製造する。

【0033】

本発明の方法の好ましい実施例では、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスには、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素、水及び有機アミンが含まれ、窒素ガスの含有量は９０％以上（体積％）であり、酸素ガスの含有量は８～１２％（体積％）であり、二酸化炭素の含有量は０．５～２％（体積％）であり、水の含有量は５～９％（体積％）である。

【0034】

本発明の方法の好ましい実施例では、高度浄化ガスの圧力は０．７～１．０ＭＰａであり、ダスト含有量は≦０．０１μｍであり、圧力露点は－２０～－３０℃である。

【0035】

本発明の好ましい実施例では、化学法によるＣＯ_２を回収した排ガスから窒素ガスを製造する方法は、具体的には、以下の通りであってもよい。

【0036】

本発明の方法を用いて石炭ボイラの煙道ガスからの化学法による二酸化炭素を回収した排ガス（放出気）から窒素ガスを製造し、本実施例における放出気は、約４７℃、１０ＫＰａ、９２％（体積％）の窒素ガス、１０％（体積％）酸素ガス、１％（体積％）の二酸化炭素、７％（体積％）の水及び微量の有機アミンである。

【0037】

放出気は、その量が５００００Ｎｍ^３/ｈを採取し、デミスタ１１０、冷却器１２０（放出気の温度を３０～３５℃に下げる）、気液分離器１３０、フィルター１４０の順に入って処理し、放出気における遊離水を除去し、一次クリーンガスを得る。

【0038】

一次クリーンガスは、圧縮機２１０に入って０．８ＭＰａに圧縮され、分水タンク２２０を経てさらに水を除いた後、乾燥機２３０に入って、高度脱水乾燥を行い、その後、第２のフィルター２４０に入って除塵し、放出気におけるダスト含有量が≦０．０１μｍであり、圧力露点が－２０～－３０℃であることを保証し、吸着レベルに達することができる（すなわち高度浄化ガスを得る）。

【0039】

高度浄化ガスは窒素ガス濃縮装置３００（吸着塔群）に入り、変圧吸着した後、塔頂には０．６ＭＰａ、２００００Ｎｍ^３/ｈ、９９．５％の純度である完成品窒素ガスを発生する。

【0040】

５００００Ｎｍ^３/ｈの空気を原料ガスとすると、０．８ＭＰａの吸着圧力下で、圧力が０．６ＭＰａであり、ガス発生量が１５５００Ｎｍ^３/ｈであり、純度が９９．５％の窒素ガスを発生する。すなわち、同様のエネルギー消費下で、本発明のガス発生量は２９％向上させ、その省エネ効果は明らかである。

【0041】

以上のことは、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するためのものではなく、当業者にとって、本発明は、様々な変更及び変化が可能である。本発明の精神と原則の中で、行ったいかなる修正、等価置換、改良などは、本発明の保護範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0042】

１００ 粗処理装置
２００ 高度浄化装置
３００ 窒素ガス濃縮装置
１１０ デミスタ
１２０ 冷却器
１３０ 気液分離器
１４０ 第１のフィルター
２１０ 圧縮機
２２０ 分水タンク
２３０ 乾燥機
２４０ 第２のフィルター
３１０ 吸着塔

【図1】