特表 2024-530093 排ガス内二酸化炭素捕集装置及び工程

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-16

(54)【発明の名称】排ガス内二酸化炭素捕集装置及び工程

(51)【国際特許分類】

   F25J 3/02 20060101AFI20240808BHJP

   F25J 3/08 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 53/74 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 71/68 20060101ALI20240808BHJP

   B01D 71/64 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F25J3/02 Z ZAB

F25J3/08

B01D53/62

B01D53/74

B01D53/22

B01D71/68

B01D71/64

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023557423

(86)(22)【出願日】2023-07-25

(85)【翻訳文提出日】2023-09-19

(86)【国際出願番号】 KR2023010747

(87)【国際公開番号】W WO2024025303

(87)【国際公開日】2024-02-01

(31)【優先権主張番号】10-2022-0091596

(32)【優先日】2022-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0185297

(32)【優先日】2022-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2023-0092830

(32)【優先日】2023-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516103208

【氏名又は名称】エオレイン カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲＲＡＮＥ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハ ソンヨン

(72)【発明者】

【氏名】イ ソンクン

(72)【発明者】

【氏名】ミン クァンジュン

(72)【発明者】

【氏名】イ チュンソプ

(72)【発明者】

【氏名】イム ジンヒョク

(72)【発明者】

【氏名】ハン サンフン

(72)【発明者】

【氏名】イム チェソン

(72)【発明者】

【氏名】シム ジェフン

【テーマコード（参考）】

4D002

4D006

4D047

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002BA13

4D002BA20

4D002EA05

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4D047BB09

4D047BB10

4D047DA04

4D047EA00

(57)【要約】

本発明は排ガス内二酸化炭素捕集工程及び装置に関するものであり、本発明は、分離塔による二酸化炭素液化工程の冷熱をそのまま活用して二酸化炭素回収分離膜工程を実施することにより、消費エネルギーを減少させながら分離効率を著しく向上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】

排ガスを含む第１圧縮機供給気体を圧縮させる第１圧縮機と、
前記第１圧縮機で圧縮された気体を含む第１捕集分離膜供給気体を第１捕集分離膜透過気体及び第１捕集分離膜残留気体に分離する第１捕集分離膜と、
前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２圧縮機供給気体を圧縮させる第２圧縮機と、
前記第２圧縮機で圧縮された気体を冷却させる液化熱交換器と、
前記液化熱交換器で冷却された気体を高純度二酸化炭素液体及び二酸化炭素含有気体に分離する分離塔と、
前記二酸化炭素含有気体を第１回収分離膜に供給して第１回収分離膜透過気体及び第１回収分離膜残留気体に分離し、前記第１回収分離膜透過気体を前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２圧縮機に循環させる第１回収分離膜と、を含む、排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項2】

前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２捕集分離膜供給気体を第２捕集分離膜透過気体及び第２捕集分離膜残留気体に分離する第２捕集分離膜をさらに含み、
前記第１捕集分離膜透過気体のうち前記第２捕集分離膜透過気体のみが前記第２圧縮機で圧縮されることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項3】

前記第１回収分離膜に供給される気体の温度は－４０～０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項4】

前記第１回収分離膜は、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項5】

前記第１圧縮機で圧縮された気体を前記第１捕集分離膜に供給するに先立ち、前記第１捕集分離膜透過気体、前記第１捕集分離膜残留気体、前記二酸化炭素含有気体、前記第１回収分離膜透過気体及び前記第１回収分離膜残留気体のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる第１熱交換網をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項6】

前記第１圧縮機で圧縮された気体及び前記第１捕集分離膜透過気体のうちのいずれか１種以上の捕集分離膜供給気体を分離膜に供給するに先立ち、前記第１捕集分離膜透過気体、前記第１捕集分離膜残留気体、前記第２捕集分離膜透過気体、前記第２捕集分離膜残留気体、前記二酸化炭素含有気体、前記第１回収分離膜透過気体及び前記第１回収分離膜残留気体のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる熱交換網をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項7】

前記第２捕集分離膜残留気体を第２－１捕集分離膜に供給して第２－１捕集分離膜透過気体及び第２－１捕集分離膜残留気体に分離する第２－１捕集分離膜と、
前記第１捕集分離膜透過気体と前記第１回収分離膜透過気体とを熱交換させる第２－２熱交換器と、
前記第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体と前記第２－１捕集分離膜透過気体とを熱交換させる第２－３熱交換器と、
前記第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体と前記第２－１捕集分離膜残留気体及び前記第１回収分離膜残留気体のうちのいずれか１種以上とを熱交換させる第２－４熱交換器と、
前記第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体と前記第２捕集分離膜透過気体とを熱交換させる第２－５熱交換器と、
前記第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体と前記二酸化炭素含有気体とを熱交換させる第２－６熱交換器と、をさらに含み、
前記第２－１捕集分離膜透過気体は、前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２捕集分離膜に循環することを特徴とする、請求項２に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項8】

前記高純度二酸化炭素液体を受けてドライアイスに転換するチャンバー及び前記ドライアイスに転換されなかった残余二酸化炭素気体が排出される排出部を含むドライアイス生成部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項9】

前記残余二酸化炭素気体は前記第１捕集分離膜に循環することを特徴とする、請求項８に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項10】

前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２捕集分離膜供給気体を第２捕集分離膜透過気体及び第２捕集分離膜残留気体に分離する第２捕集分離膜と、
前記第２捕集分離膜残留気体を第２－１捕集分離膜透過気体及び第２－１捕集分離膜残留気体に分離する第２－１捕集分離膜と、
前記第１圧縮機で圧縮された気体を前記第２－１捕集分離膜透過気体と熱交換させる第１－１熱交換器、前記第１－１熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体を前記第１捕集分離膜透過気体と熱交換させる第１－２熱交換器、及び前記第１－２熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体を前記第１捕集分離膜残留気体、前記第２－１捕集分離膜残留気体及び前記第１回収分離膜残留気体のうちのいずれか１種以上を含む窒素豊富気体と熱交換させる第１－３熱交換器、を含む第１熱交換網と、
前記第１捕集分離膜透過気体を第２捕集分離膜透過気体と熱交換させる第２－１熱交換器、及び前記第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体を前記第１－２熱交換器で加熱された気体と熱交換させる第２－２熱交換器、を含む第２熱交換網と、をさらに含み、
前記第１捕集分離膜透過気体のうち前記第２捕集分離膜透過気体のみが前記第２圧縮機で圧縮され、
前記第２－１捕集分離膜透過気体は、前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２捕集分離膜に循環することを特徴とする、請求項８に記載の排ガス内二酸化炭素捕集装置。

【請求項11】

排ガスを含む第１圧縮機供給気体を第１圧縮機で圧縮する第１圧縮段階と、
前記第１圧縮機で圧縮された気体を含む第１捕集分離膜供給気体を第１捕集分離膜に供給して第１捕集分離膜透過気体及び第１捕集分離膜残留気体に分離する第１捕集段階と、
前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２圧縮機供給気体を第２圧縮機で圧縮させる第２圧縮段階と、
前記第２圧縮機で圧縮された気体を液化熱交換器で冷却させる液化段階と、
前記液化熱交換器で冷却された気体を分離塔に供給して二酸化炭素含有気体及び高純度二酸化炭素液体に分離する分離精製段階と、
前記二酸化炭素含有気体を第１回収分離膜に供給し、前記第１回収分離膜を透過する第１回収分離膜透過気体を、前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２圧縮機に循環させる第１回収段階と、を含む、排ガス内二酸化炭素捕集工程。

【請求項12】

前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２捕集分離膜供給気体を第２捕集分離膜に供給して第２捕集分離膜透過気体及び第２捕集分離膜残留気体に分離する第２捕集段階をさらに含み、
前記第２圧縮段階は、前記第１捕集分離膜透過気体のうちの前記第２捕集分離膜透過気体のみを前記第２圧縮機で圧縮させることを特徴とする、請求項１１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集工程。

【請求項13】

前記第１回収分離膜は、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなることを特徴とする、請求項１１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集工程。

【請求項14】

前記高純度二酸化炭素液体をドライアイスに転換し、ドライアイスに転換されなかった残余二酸化炭素気体を収得するドライアイス製造段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集工程。

【請求項15】

前記第１圧縮機で圧縮された気体を前記第１捕集分離膜に供給するに先立ち、熱交換網で前記第１捕集分離膜透過気体、前記第１捕集分離膜残留気体、前記二酸化炭素含有気体、前記第１回収分離膜透過気体及び前記第１回収分離膜残留気体のうちのいずれか１種以上と熱交換させる熱交換段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の排ガス内二酸化炭素捕集工程。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は排ガス内二酸化炭素捕集装置及び工程に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、温室ガスによる地球温暖化及び気候変化などの環境問題が台頭するのに伴い、温室ガスのうち二酸化炭素の排出を低減するために二酸化炭素を捕集する技術に対して多くの研究が行われている。二酸化炭素捕集技術は、大別して燃焼後（Ｐｏｓｔ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）、燃焼前（Ｐｒｅ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）及び純酸素燃焼（Ｏｘｙｆｕｅｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）に分類することができる。燃焼後ＣＯ_２捕集技術は、さらにアミン系またはアンモニア系吸収剤を活用した化学吸収法、既存の吸収溶液の代わりに固体吸収剤を活用した乾式吸収法、及び分離膜を活用した膜分離法などに分類される。

【0003】

二酸化炭素捕集技術のうち、メンブレインを用いた膜分離法は環境に優しい工程という利点があり、二酸化炭素の濃度を高め、貯蔵及び利用容易性を高めるために分離塔を導入して液化した二酸化炭素を収得する技術が提示された。ただ、従来の技術は、液化工程で収得される低温の気体から二酸化炭素を回収するにあたり、加熱または冷熱を回収する工程を経た後、分離膜に透過させるから、追加的なエネルギー消費が必須であった。

【0004】

したがって、本発明者らは、前記問題点を解決するために研究を繰り返えした結果、液化工程で収得される低温の気体を低温状態のままで分離膜に透過させると、追加的な工程なしに二酸化炭素分離効率が向上し、二酸化炭素回収率を高めることができることを見つけて本発明を完成した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】韓国公開特許第１０－２０２１－０１０４４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、二酸化炭素捕集分離膜、分離塔及び二酸化炭素回収分離膜を含み、前記二酸化炭素回収分離膜を用いた二酸化炭素回収工程は前記分離塔による二酸化炭素液化工程の冷熱をそのまま活用することにより、消費されるエネルギーを著しく減少させながら分離効率を著しく向上させることができる排ガス内二酸化炭素捕集工程及び装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面は、排ガスを含む第１圧縮機供給気体を圧縮させる第１圧縮機と、前記第１圧縮機で圧縮された気体を含む第１捕集分離膜供給気体を第１捕集分離膜透過気体及び第１捕集分離膜残留気体に分離する第１捕集分離膜と、前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２圧縮機供給気体を圧縮させる第２圧縮機と、前記第２圧縮機で圧縮された気体を冷却させる液化熱交換器と、前記液化熱交換器で冷却された気体を高純度二酸化炭素液体及び二酸化炭素含有気体に分離する分離塔と、前記二酸化炭素含有気体を第１回収分離膜に供給して第１回収分離膜透過気体及び第１回収分離膜残留気体に分離し、前記第１回収分離膜透過気体を前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２圧縮機に循環させる第１回収分離膜とを含む排ガス内二酸化炭素捕集装置を提供する。

【0008】

本発明の他の側面は、排ガスを含む第１圧縮機供給気体を第１圧縮機で圧縮する第１圧縮段階と、前記第１圧縮機で圧縮された気体を含む第１捕集分離膜供給気体を第１捕集分離膜に供給して第１捕集分離膜透過気体及び第１捕集分離膜残留気体に分離する第１捕集段階と、前記第１捕集分離膜透過気体を含む第２圧縮機供給気体を第２圧縮機で圧縮させる第２圧縮段階と、前記第２圧縮機で圧縮された気体を液化熱交換器で冷却させる液化段階と、前記液化熱交換器で冷却された気体を分離塔に供給して二酸化炭素含有気体及び高純度二酸化炭素液体に分離する分離精製段階と、前記二酸化炭素含有気体を第１回収分離膜に供給し、前記第１回収分離膜を透過する第１回収分離膜透過気体を、前記第１圧縮機、前記第１捕集分離膜または前記第２圧縮機に循環させる第１回収段階とを含む排ガス内二酸化炭素捕集工程を提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程及び装置は、分離塔で収得される気体を分離膜を介して回収することにより、排出される二酸化炭素の量を低減させた。

【0010】

また、分離塔（液化工程）で形成された低温状態を用いて分離塔の上部で収得された気体内二酸化炭素を回収することにより、二酸化炭素回収効率を向上させることができる。

【0011】

また、二酸化炭素捕集工程及び装置内で気体の流れを再循環させることにより、排出される二酸化炭素の量を低減させ、二酸化炭素分圧を高めて分離効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例による排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図2】本発明の他の実施例による第２捕集分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図3】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第２回収分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図4】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第２－１捕集分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図5】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第３捕集分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図6】本発明のさらに他の実施例による第１－１捕集分離膜、第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜及び第２熱交換網を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図7】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第２回収分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図8】本発明のさらに他の実施例による第１－１捕集分離膜、第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜、第２熱交換網及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図9】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜、第１熱交換網、第２熱交換網及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図10】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜、第２熱交換網及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【図11】本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜、第２回収分離膜及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下本発明を添付図面及び実施例に基づいてより具体的に説明する。

【0014】

本発明の一側面は、排ガス１を含む第１圧縮機供給気体２を圧縮させる第１圧縮機１０１と、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を含む第１捕集分離膜供給気体４を第１捕集分離膜透過気体５及び第１捕集分離膜残留気体６に分離する第１捕集分離膜１０２と、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２圧縮機供給気体１１を圧縮させる第２圧縮機１１０と、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を冷却させる液化熱交換器１１２と、前記液化熱交換器で冷却された気体１７を高純度二酸化炭素液体１８及び二酸化炭素含有気体１９に分離する分離塔１１３と、前記二酸化炭素含有気体１９を第１回収分離膜１１５に供給して第１回収分離膜透過気体２２及び第１回収分離膜残留気体２３に分離し、前記第１回収分離膜透過気体２２を前記第１圧縮機１０１、前記第１捕集分離膜１０２または前記第２圧縮機１１０に循環させる第１回収分離膜１１５と、を含む排ガス内二酸化炭素捕集装置を提供する。

【0015】

本発明は、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２捕集分離膜供給気体９を第２捕集分離膜透過気体１０及び第２捕集分離膜残留気体１２に分離する第２捕集分離膜１０６をさらに含むことができる。ここで、前記第１捕集分離膜透過気体５のうち前記第２捕集分離膜透過気体１０のみが前記第２圧縮機１１０によって圧縮される。本発明が第２捕集分離膜１０６をさらに含む場合、排ガス内二酸化炭素濃度が低くても優れた二酸化炭素回収率を果たすことができるという点で好ましい。

【0016】

本発明は、前記高純度二酸化炭素液体１８を受けてドライアイス２０に転換するチャンバー及びドライアイスに転換されなかった残余二酸化炭素気体２１が排出される排出部を含むドライアイス生成部１１４をさらに含むことができる。本発明がドライアイス生成部１１４をさらに含む場合、高純度二酸化炭素液体１８からドライアイス２０を生成するときに気体として排出されて捨てられる二酸化炭素をより有用に使用することができる。

【0017】

本明細書で、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６または第３捕集分離膜１１８に供給される気体を捕集分離膜供給気体と名付け、前記捕集分離膜供給気体としては、第１圧縮機で圧縮された気体３、第１捕集分離膜供給気体４、第１捕集分離膜透過気体５、第２捕集分離膜供給気体９及び第２捕集分離膜透過気体１０などを挙げることができる。

【0018】

本発明は、前記捕集分離膜供給気体を捕集分離膜に供給するに先立ち、工程内の低温の流れと熱交換させて冷却させる熱交換網をさらに含むことができる。本発明が熱交換網をさらに含む場合、工程内の流れとの熱交換によって冷熱を回収して捕集分離膜供給気体の温度を低めることにより、二酸化炭素分離効率を向上させながら工程エネルギーを著しく減少させることができる。

【0019】

本発明の一具現例によれば、前記第１圧縮機で圧縮された気体３及び前記第１捕集分離膜透過気体５のうちいずれか一つ以上の捕集分離膜供給気体を分離膜に供給するに先立ち、前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４、及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる熱交換網をさらに含むことができる。

【0020】

本明細書で、前記熱交換網が第１捕集分離膜に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させるものである場合、第１熱交換網２００と名付け、第２捕集分離膜に供給される第１捕集分離膜透過気体５を冷却させるものである場合、第２熱交換網３００、４００と名付け、第３捕集分離膜１１８に供給される第２捕集分離膜透過気体１０を冷却させるものである場合、第３熱交換網と名付ける。

【0021】

本発明は、前記ドライアイス生成部１１４及び前記熱交換網のうちのいずれか一方のみを含むことができ、好ましくは両方を含むことができる。

【0022】

本明細書で、排ガス（排気ガス）とは、発電設備、製鉄所、化学工場などから排出される気体（ガス）を意味し、主に化石燃料（炭化水素）の燃焼反応によって生成され、二酸化炭素及び水分を基本的に含有し、酸素含有気体または酸化剤として空気を提供する場合は、窒素、および未使用酸素をさらに含むことができる。また、燃焼工程の原料内の不純物に起因するガス成分、例えば硫化水素、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩酸、水銀などの不純物も含有することがあるが、このような不純物は微量で存在するか、または一部は実質的に含有されないこともある。

【0023】

第１圧縮機１０１は第１圧縮機供給気体２を圧縮させる。前記第１圧縮機供給気体２は排ガス１を含む気体であり、二酸化炭素回収率を高めるために、前記排ガス１と、第１－１捕集分離膜透過気体７、第２捕集分離膜残留気体１２、第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第１回収分離膜透過気体２２のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり、好ましくは前記排ガス１と、第１－１捕集分離膜透過気体７、第２捕集分離膜残留気体１２及び第２－１捕集分離膜透過気体１３のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり、より好ましくは排ガス１と第２－１捕集分離膜透過気体１３とが混合された気体である。

【0024】

第１圧縮機１０１は供給される前記第１圧縮機供給気体２を圧縮することで、第１捕集分離膜１０２で分離工程を実施する圧力比を具現し、具体的には、供給される気体を２～５ｂａｒ、好ましくは２．２～３．５ｂａｒの圧力に圧縮することができる。

【0025】

本発明が熱交換網をさらに含む場合、冷熱を回収して分離効率が向上するので、前記第１圧縮機１０１で圧縮される目標圧力を低めてエネルギー消費量を減少させても優れた分離効率を示すことができるので、前記第１圧縮機１０１は、供給される気体流れを１．１～３．５ｂａｒ、好ましくは１．２～２．０ｂａｒの圧力に圧縮することができる。

【0026】

前記第１捕集分離膜１０２は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を含む第１捕集分離膜供給気体４を第１捕集分離膜透過気体５及び第１捕集分離膜残留気体６に分離する。

【0027】

本発明で、分離膜による気体の分離工程は溶解－拡散メカニズムによってなされるので、分離膜の二酸化炭素選択度（例えば、ＣＯ_２／Ｎ_２）によって分離効率が変わり、分離膜の選択度によって前記第１捕集分離膜透過気体５は相対的に二酸化炭素が豊かであり、前記第１捕集分離膜残留気体６は二酸化炭素が稀である。

【0028】

前記第１捕集分離膜透過気体の透過部に真空ポンプ１０３をさらに取り付けることによって分離効率を向上させることができる。

【0029】

前記第１捕集分離膜供給気体４は前記第１圧縮機で圧縮された気体３であり得、二酸化炭素回収率を高めるために、これと前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり得、好ましくは前記第１圧縮機で圧縮された気体３、前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２が混合された気体である。

【0030】

本発明が前記第２捕集分離膜１０６を含む場合、前記第１捕集分離膜透過気体５は第２捕集分離膜１０６に供給され、前記第２捕集分離膜１０６を含まない場合、前記第２圧縮機１１０に供給される。

【0031】

本発明は、排出される前記第１捕集分離膜残留気体６の残存二酸化炭素を回収する第１－１捕集分離膜１０４をさらに含むことができる。

【0032】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が前記第１－１捕集分離膜１０４を含まない場合、前記第１捕集分離膜残留気体６は二酸化炭素が稀で窒素が豊かな気体であり、外部に排出され得る。

【0033】

前記第１－１捕集分離膜１０４は、前記第１捕集分離膜残留気体６を相対的に二酸化炭素の豊かな第１－１捕集分離膜透過気体７及び二酸化炭素の稀な第１－１捕集分離膜残留気体８に分離し、前記第１－１捕集分離膜透過気体７を前記第１圧縮機１０１に循環させることで、前記第１－１捕集分離膜１０４を含まなければ排出される前記第１捕集分離膜残留気体６の残存二酸化炭素を回収することができる。

【0034】

本発明が第１－１捕集分離膜１０４をさらに含む場合、前記第１捕集分離膜残留気体６は前記熱交換網で熱交換させず、第１－１捕集分離膜１０４に供給することが第１－１捕集分離膜１０４での低温工程によって分離効率を高めることができるという点で好ましい。

【0035】

前記第１－１捕集分離膜残留気体８は二酸化炭素が稀で窒素が豊かな気体であり、外部に排出され得る。

【0036】

前記第１－１捕集分離膜透過気体７の透過部に真空ポンプ１０５をさらに取り付けて分離効率を向上させることができる。

【0037】

前記第２捕集分離膜１０６は、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２捕集分離膜供給気体９を前記第１捕集分離膜透過気体５よりも二酸化炭素濃度が増加した第２捕集分離膜透過気体１０及び二酸化炭素が稀な第２捕集分離膜残留気体１２に分離する。

【0038】

前記第２捕集分離膜透過気体の透過部に真空ポンプ１０７をさらに取り付けて分離膜前後の圧力比を高めることで、前記第２捕集分離膜透過気体１０を排出させて二酸化炭素分離効率を向上させることができる。

【0039】

前記第２捕集分離膜供給気体９は、二酸化炭素回収率を増加させるために、前記第１捕集分離膜透過気体５と、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第２回収分離膜透過気体２４及び第３捕集分離膜透過気体２８のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり得る。

【0040】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第３捕集分離膜１１８を含む場合、前記第２捕集分離膜透過気体１０は第３捕集分離膜１１８に供給され、第３捕集分離膜１１８を含まない場合、第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0041】

前記第２捕集分離膜残留気体１２は外部に排出されるか、または二酸化炭素回収率を高めるために、前記第１圧縮機１０１または第２－１捕集分離膜１０８に供給され得る。

【0042】

本発明の一具現例によれば、二酸化炭素回収率を高めるために、第２－１捕集分離膜１０８をさらに含むことができる。

【0043】

前記第２－１捕集分離膜１０８は、前記第２捕集分離膜残留気体１２を相対的に二酸化炭素濃度の高い第２－１捕集分離膜透過気体１３及び二酸化炭素濃度の低い第２－１捕集分離膜残留気体１４に分離し、二酸化炭素回収率を増加させるために、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３を前記第１圧縮機１０１に循環させる。

【0044】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第２－１捕集分離膜１０８を含まない場合、前記第２捕集分離膜残留気体１２を前記第１圧縮機１０１に循環させて二酸化炭素回収率を増加させることができる。第２－１捕集分離膜１０８を含む場合、前記第２捕集分離膜残留気体１２のうち二酸化炭素が濃縮された第２－１捕集分離膜透過気体１３のみを前記第１圧縮機１０１に循環させることができるので、第１圧縮機１０１に供給される気体の流量が減少し、圧縮時に必要なエネルギーを著しく減少させて工程経済性を向上させることができる。

【0045】

前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は二酸化炭素が稀で窒素が豊かな気体であり、外部に排出される。前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜残留気体８及び前記第１回収分離膜残留気体２３も窒素が豊かな気体である。よって、前記窒素が豊かな気体のうち低温状態の気体とともに混合された後、前記熱交換網を介して冷熱が回収された後、排出され得る。

【0046】

本発明が第２－１捕集分離膜１０８をさらに含む場合、前記第２捕集分離膜残留気体１２を前記第１熱交換網２００または前記第２熱交換網３００で熱交換させず、第２－１捕集分離膜１０８に供給することが、第２－１捕集分離膜１０８が低温での分離工程によって分離効率を高めることができるという点で好ましい。

【0047】

本発明は、排ガス内二酸化炭素濃度によって第２捕集分離膜透過気体１０を第３捕集分離膜透過気体２７及び第３捕集分離膜残留気体２８に分離する第３捕集分離膜１１８をさらに含むことができる。排ガス内二酸化炭素濃度が非常に低い場合、第２捕集分離膜透過部に第３捕集分離膜１１８をさらに導入して二酸化炭素回収率を増加させることができ、前記第２捕集分離膜透過気体１０のうち第３捕集分離膜透過気体２７のみが第２圧縮機１１０に供給される。

【0048】

前記第２圧縮機１１０は、第２圧縮機供給気体１１を液化工程に要求される圧力である２２～５０ｂａｒ、好ましくは２２～３１ｂａｒに圧縮する。ここで、前記第２圧縮機供給気体１１は、前記第１捕集分離膜透過気体５、第２捕集分離膜透過気体１０または第３捕集分離膜透過気体２７のうちのいずれか１種を含むことができる。

【0049】

一般的に、圧縮機に水分を除去するクーラーを含み、これを用いて流れ内の水分を除去するが、液化工程で微量の水分が残存して結氷する現象が発生すると、計測器のような機器の損傷及び故障の原因となり得る。これを防止するために、本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置は、液化熱交換器１１２の前段の気体の水分を除去する乾燥器をさらに含むことができる。乾燥器を通った気体流れの水分含量は、例えば約５０ｐｐｍ以下、好ましくは約３０ｐｐｍ以下、より好ましくは約１０ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは水分を実質的に含まない。

【0050】

前記液化熱交換器１１２は、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を分離塔１１３での分離精製及び二酸化炭素の液化に適した温度、好ましくは－３５～－１８℃に冷却させる。前記液化熱交換器１１２の冷媒としては、フレオン、窒素及びプロピレンなどを使用することができる。

【0051】

前記分離塔１１３は前記液化熱交換器で冷却された気体１７を受け、これを分離および精製し、上端で二酸化炭素含有気体１９を収得し、下端部で高純度二酸化炭素液体１８を収得する。

【0052】

前記下端部で回収される高純度二酸化炭素液体１８の二酸化炭素モル濃度は９９％以上であり得、二酸化炭素の用途によって９９．９％以上であり得る。

【0053】

前記二酸化炭素含有気体１９は、第１回収分離膜１１５に供給されるに先立ち、前記熱交換網で捕集分離膜供給気体と熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させることができる。

【0054】

前記ドライアイス生成部１１４は、前記高純度二酸化炭素液体１８を受けてドライアイス２０に転換するチャンバー、及び前記高純度二酸化炭素液体１８のうちドライアイス２０に転換されなかった残余二酸化炭素気体２１を排出する排出部を含む。ここで、前記ドライアイス生成部１１４には製造された高純度二酸化炭素液体１８の全部が供給されることもできるが、必要に応じて一部のみが供給され得る。

【0055】

前記チャンバーは前記高純度二酸化炭素液体１８を加圧及び冷却することにより、前記高純度二酸化炭素液体１８がドライアイス２０に転換できる圧力及び温度の範囲を具現する。このときの圧力及び温度は、０．３～１ｂａｒ及び－８０～－４５℃、好ましくは０．６～０．８ｂａｒ及び－７８～－４８℃であり得る。

【0056】

前記高純度二酸化炭素液体１８の１００％がドライアイス２０に転換されなく、残余二酸化炭素気体２１が排出される。ここで、前記残余二酸化炭素気体２１の温度は－７８～－４８℃の非常に低温状態であり、前記捕集分離膜で分離効率を高めるために、前記熱交換網を介して冷熱を回収することができる。

【0057】

したがって、前記熱交換網は、残余二酸化炭素気体２１の冷熱を回収する回収熱交換器４０７をさらに含むことができる。前記残余二酸化炭素気体２１は前記回収熱交換器４０７に供給され、温度が増加した回収熱交換器で加熱された気体５５が収得される。前記回収熱交換器で加熱された気体５５も約－２５～－１０℃の低温状態であるので、前記熱交換網で前記捕集分離膜供給気体とさらに熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させることができる。

【0058】

前記残余二酸化炭素気体２１は二酸化炭素が豊かな気体であり、二酸化炭素を回収するために、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８及び前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか一つ、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２または前記第２捕集分離膜１０６、最も好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に循環させることができる。

【0059】

前記残余二酸化炭素気体２１を前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に循環させることが、捕集分離膜で低温分離工程を実施するのに効果的であるという点で好ましく、前記第１捕集分離膜１０２に循環させることが、分離膜で分離効率を著しく向上させることができるという点で最も好ましい。

【0060】

前記残余二酸化炭素気体２１が前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に回収される場合、前記熱交換網を介して冷熱を回収するよりは冷熱回収なしに前記捕集分離膜に供給することが捕集分離膜供給気体の温度を低める効果が大きいので、冷熱を回収しないことが好ましい。

【0061】

前述した分離膜工程及び分離塔工程によって二酸化炭素を回収したが、二酸化炭素を高純度で回収するのには限界が存在した。よって、本発明は、前記分離塔１１３を経て上部で収得される二酸化炭素含有気体１９の二酸化炭素を高純度で回収する第１回収分離膜１１５をさらに含むことにより、高純度の二酸化炭素気体を回収しながら、回収される流れの流量を減らして工程効率を向上させた。

【0062】

前記第１回収分離膜１１５は前記二酸化炭素含有気体１９を相対的に二酸化炭素濃度が高い第１回収分離膜透過気体２２及び相対的に二酸化炭素濃度が低い第１回収分離膜残留気体２３に分離し、前記第１回収分離膜透過気体２２を前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８または前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか一つ、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２または前記第２捕集分離膜１０６に、最も好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に循環させる。

【0063】

本発明は、前記分離塔１１３での二酸化炭素液化工程の後、分離塔１１３の上部で収得される二酸化炭素含有気体１９を低温状態で第１回収分離膜１１５に供給して分離効率を高めるための追加的な圧縮または冷却工程なしに、二酸化炭素選択度が向上して分離効率が著しく向上することを特徴とする。特に、前記二酸化炭素含有気体１９は－４０～０℃の低温であり、冷熱が回収された後にも二酸化炭素分離効率が増大する温度範囲を外れないので、前記第１回収分離膜１１５に供給されるに先立ち、前記熱交換網を介して前記捕集分離膜供給気体と熱交換した後、第１回収分離膜１１５に供給され得る。

【0064】

前記第１回収分離膜１１５に供給される気体の温度は－４０～０℃であり得る。

【0065】

前記第１回収分離膜透過気体２２及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上は前記液化熱交換器１１２で冷却されて低温に維持された状態で前記熱交換網に供給されることにより、前記捕集分離膜供給気体と熱交換することができる。

【0066】

前記第１回収分離膜透過気体２２は、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８及び前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか一つ、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８、より好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に供給される気体と混合されて循環され得る。これにより、回収される二酸化炭素の量を増大させることができるだけでなく、工程内の気体の二酸化炭素分圧を高めて工程効率を向上させることができる。

【0067】

前記第１回収分離膜透過気体２２を前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に循環させるとき、捕集分離膜で低温分離工程を実施するのに効果的であるという点で好ましく、前記第１捕集分離膜１０２に循環させることが分離膜で分離効率を著しく向上させることができるという点で最も好ましい。

【0068】

前述したように、前記残余二酸化炭素気体２１も低温の流れであり、二酸化炭素を回収するために循環するので、前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２は混合された後、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８または前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか一つ、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８、より好ましくは前記第１捕集分離膜１０２または前記第２捕集分離膜１０６、最も好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に循環させることができる。

【0069】

また、前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２が前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に循環する場合、前記熱交換網を介して冷熱を回収するよりは冷熱回収なしに前記捕集分離膜に供給することが温度を低める効果がより大きいので、冷熱を回収しないことが好ましい。

【0070】

前記第１回収分離膜残留気体２３は二酸化炭素が稀で窒素が豊かな気体であり、外部に排出される。ここで、外部に排出されるに先立ち、前記熱交換網で熱交換してから排出され得る。また、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜残留気体８及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は窒素が豊かな気体であるので、これらのうち低温状態の流れは一緒に混合され、前記熱交換網で熱交換してから排出されることもできる。

【0071】

本発明は、前記第１回収分離膜残留気体２３を相対的に二酸化炭素濃度の高い第２回収分離膜透過気体２４及び二酸化炭素濃度の低い第２回収分離膜残留気体２５に分離する第２回収分離膜１１７をさらに含むことができる。ここで、前記第２回収分離膜透過気体２４は、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８または前記第２圧縮機１１０に循環することができる。

【0072】

前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５は前記液化熱交換器１１２で冷却されて低温に維持された状態で、前記熱交換網を介して前記捕集分離膜供給気体と熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させることができる。

【0073】

前記第２回収分離膜１１７は、前記第１回収分離膜残留気体２３に残存する二酸化炭素が濃縮された第２回収分離膜透過気体２４を循環させて二酸化炭素回収率を増加させることができる。

【0074】

前記第２回収分離膜残留気体２５は前記外部に排出される低温の気体と混合されて外部に排出されることもできる。

【0075】

前記第１回収分離膜１１５及び前記第２回収分離膜１１７の材質は互いに同一であるかまたは異なり、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなり得る。

【0076】

下記の表１および表２はポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）材質の分離膜の温度による選択度を示すものである。これを参照すると、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）材質の分離膜は低温で二酸化炭素選択度が大きく増加することが分かる。一方、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）の他のポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）またはポリエーテル（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ）などのような他の材質の分離膜は低温で二酸化炭素選択度の向上効果が小さいから低温工程に適用するのに適しない。

【0077】

【表1】

【0078】

【表2】

【0079】

すなわち、前記第１回収分離膜１１５及び前記第２回収分離膜１１７は前記液化熱交換器１１２で冷却された気体が供給され、低温で分離工程が実施されるので、ポリスルホン（ＰＳＦ）及びポリイミド（ＰＩ）分離膜素材の特性を考慮すると、低温で実施すると二酸化炭素分離効率が著しく増加するという点で、ポリスルホン（ＰＳＦ）及びポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質であることが好ましい。

【0080】

以下では前記熱交換網についてより詳細に説明する。

【0081】

本発明が前記第２捕集分離膜１０６を含まない場合、前記熱交換網は、前記第１捕集分離膜１０２に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる第１熱交換網２００であり得る。

【0082】

以下では、第２捕集分離膜１０６を含まず、前記熱交換網が第１熱交換網２００の場合を説明する。

【0083】

前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0084】

本発明が第１熱交換網２００を含む場合、前記第１捕集分離膜透過気体５は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記第１熱交換網２００を介して前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、前記第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0085】

本発明が第１熱交換網２００を含む場合、前記第１捕集分離膜残留気体６は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記第１捕集分離膜残留気体６が外部に排出されるとき、前記第１熱交換網２００を介して前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、外部に排出され得る。

【0086】

前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給されるとき、前記第１熱交換網２００によって冷熱が回収されると、前記第１－１捕集分離膜１０４による分離工程が低温で行われないので、前記第１捕集分離膜残留気体６の冷熱を回収せず、すぐ前記第１－１捕集分離膜１０４に供給されることが好ましい。

【0087】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第２捕集分離膜１０６をさらに含む場合、前記熱交換網は、第１捕集分離膜１０２に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる第１熱交換網２００または第２捕集分離膜１０６に供給される前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる第２熱交換網３００、４００のうちのいずれか一つ以上であり得る。

【0088】

以下では、第２捕集分離膜１０６を含み、前記熱交換網が第１熱交換網２００の場合を説明する。

【0089】

前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0090】

前記第１捕集分離膜透過気体５は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記第１熱交換網２００を介して前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、前記第２捕集分離膜１０６に供給され得る。

【0091】

前記第１捕集分離膜残留気体６は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記第１熱交換網２００を介して前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、外部に排出され得る。ただし、前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給される場合、前記第１熱交換網２００に供給されず、すぐ前記第１－１捕集分離膜１０４に供給され得る。

【0092】

一般的に、前記第１捕集分離膜透過気体５は、圧力比を高めて分離効率を高めるために、真空ポンプを介して前記第２捕集分離膜１０６に供給される。真空ポンプを通った第１捕集分離膜透過気体５は温度が上昇するので、低温状態ではない。したがって、第２熱交換網３００を含まない場合、第２捕集分離膜１０６及び第２－１捕集分離膜１０８を経た気体流れはいずれも低温状態ではないので、前記熱交換網に供給されないことが好ましい。

【0093】

以下では、第２捕集分離膜１０６を含み、前記熱交換網が第２熱交換網４００の場合を説明する。本発明が第２捕集分離膜１０６をさらに含む場合、前記熱交換網が第２熱交換網４００を含むことが第１熱交換網２００のみを含むよりは工程エネルギー減少の側面で好ましい。

【0094】

前記第２熱交換網４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0095】

好ましくは、前記第２熱交換網４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記第１回収分離膜透過気体２２及び前記第１回収分離膜残留気体２３の全部と熱交換させて冷却させるものであり得る。より好ましくは、前記第２熱交換網４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記残余二酸化炭素気体２１とさらに熱交換させることができる。

【0096】

より好ましくは、前記第２熱交換網４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５と前記第１回収分離膜透過気体２２とを熱交換させる第２－２熱交換器４０２と、前記第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４２と前記第２－１捕集分離膜透過気体１３とを熱交換させる第２－３熱交換器４０３と、前記第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４３と前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上とを熱交換させる第２－４熱交換器４０４と、前記第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４４と前記第２捕集分離膜透過気体１０とを熱交換させる第２－５熱交換器４０５と、前記第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４５と前記二酸化炭素含有気体１９とを熱交換させる第２－６熱交換器４０６と、を含むことができる。

【0097】

さらにより好ましくは、前記第２熱交換網４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５と前記残余二酸化炭素気体２１とを熱交換させる第２－１熱交換器４０１と、前記第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４１と前記第１回収分離膜透過気体２２とを熱交換させる第２－２熱交換器４０２と、前記第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４２と前記第２－１捕集分離膜透過気体１３とを熱交換させる第２－３熱交換器４０３と、前記第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４３と前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上とを熱交換させる第２－４熱交換器４０４と、前記第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４４と前記第２捕集分離膜透過気体１０とを熱交換させる第２－５熱交換器４０５と、前記第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４５と前記二酸化炭素含有気体１９とを熱交換させる第２－６熱交換器４０６と、を含むことができ、最も好ましくは、前記第２－６熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４６と前記残余二酸化炭素気体２１とを熱交換させる回収熱交換器４０７をさらに含み、前記第２－１熱交換器４０１に供給される残余二酸化炭素気体２１は前記残余二酸化炭素気体２１が前記回収熱交換器で加熱された気体５５であり得る。特に、前記熱交換網が前記第２－１～第２－６熱交換器及び回収熱交換器４０７を含む場合、前記第１捕集分離膜透過気体５を目標値だけ冷却させるのに必要なエネルギーを著しく減少させることができることを確認した。

【0098】

前記第２捕集分離膜透過気体１０は前記第２熱交換網４００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記第２熱交換網４００で冷熱が回収された後、第２圧縮機１１０または前記第３捕集分離膜１１８に供給され得る。

【0099】

前記第２捕集分離膜残留気体１２は、前記第２熱交換網４００を介して冷却されて低温に維持された状態で外部に排出されるとき、前記第２熱交換網４００で冷熱が回収された後、外部に排出され得る。ただし、前記第２捕集分離膜残留気体１２が前記第２－１捕集分離膜１０８に供給されるとき、冷熱を回収しないことが好ましい。

【0100】

本発明が第２－１捕集分離膜１０８をさらに含む場合、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４が低温に維持された状態で、これらのうちのいずれか一つ以上は前記第２熱交換網４００を介して前記第１捕集分離膜透過気体５と熱交換して二酸化炭素分離効率を高めることができる。

【0101】

以下では、第２捕集分離膜１０６を含み、前記熱交換網が第１熱交換網２００及び第２熱交換網３００の両者を含む場合を説明する。

【0102】

前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0103】

前記第２熱交換網３００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0104】

好ましくは、前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり、前記第２熱交換網３００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0105】

最も好ましくは、前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第２－１捕集分離膜透過気体１３と熱交換させる第１－１熱交換器２０１と、前記第１－１熱交換器で冷却された、第１圧縮機で圧縮された気体３１を前記第１捕集分離膜透過気体５と熱交換させる第１－２熱交換器２０２と、前記第１－２熱交換器で冷却された、第１圧縮機で圧縮された気体３２を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上を含む窒素豊富気体３５と熱交換させる第１－３熱交換器２０３と、を含み、前記第２熱交換網３００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を第２捕集分離膜透過気体１０と熱交換させる第２－１熱交換器３０１と、前記第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体６１を前記第１－３熱交換器で加熱された気体３８と熱交換させる第２－２熱交換器３０２と、を含むことができる。特に、前記熱交換網が前記第１－１熱交換器及び第１－２熱交換器を含む第１熱交換網２００及び前記第２－１～第２－２熱交換器を含む第２熱交換網３００から構成された場合、必要なエネルギーを最小化しながら二酸化炭素分離効率を極大化することができる温度まで追加的なエネルギー消費なしに冷却させることができることを確認した。

【0106】

前記第１捕集分離膜透過気体５は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記熱交換網を介して冷熱が回収され得る。

【0107】

前記第１捕集分離膜残留気体６は前記第１熱交換網２００を介して冷却されて低温に維持された状態で、前記熱交換網に供給されて冷熱が回収された後、外部に排出され得る。ただし、前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給される場合、前記熱交換網に供給されず、すぐ前記第１－１捕集分離膜１０４に供給されることが好ましい。

【0108】

前記第２捕集分離膜透過気体１０は前記熱交換網を介して冷却された状態で、前記熱交換網に供給されて冷熱が回収された後、第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0109】

前記第２捕集分離膜残留気体１２が外部に排出されるとき、排出に先立ち、前記熱交換網を介して冷熱が回収された後、外部に排出され得る。

【0110】

前記第２捕集分離膜残留気体１２が前記第２－１捕集分離膜１０８に供給されるとき、前記第２捕集分離膜残留気体１２の冷熱を回収しないことが好ましい。

【0111】

本発明が第２－１捕集分離膜１０８をさらに含む場合、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は低温に維持された状態で、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４のうちのいずれか１種以上は前記第１熱交換網２００または前記第２熱交換網３００を介して前記捕集分離膜供給気体と熱交換して二酸化炭素分離効率を高めることができる。

【0112】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第３捕集分離膜１１８をさらに含む場合、前記熱交換網は前記第１捕集分離膜１０２に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる第１熱交換網２００と、前記第２捕集分離膜１０６に供給される前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる第２熱交換網３００、４００と、前記第２捕集分離膜透過気体１０を工程内の低温流れと熱交換させて冷却させる第３熱交換とのうちのいずれか一つ以上であり得る。ここで、二酸化炭素回収率の増加のために、第３捕集分離膜１１８の残留部に分離膜をさらに設けることもできる。

【0113】

一方、前記第１熱交換網２００は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を冷媒と熱交換させてさらに冷却させる第１冷却熱交換器２０４をさらに含むことにより、第１捕集分離膜１０２に供給される気体を二酸化炭素分離効率が極大化する温度まで冷却させることができる。

【0114】

また、前記第２熱交換網３００、４００は、前記第１捕集分離膜透過気体５を冷媒と熱交換させてさらに冷却させる第２冷却熱交換器３０３、４０８をさらに含むことにより、第２捕集分離膜１０６に供給される気体を二酸化炭素分離効率が極大化する温度まで冷却させることができる。

【0115】

ここで、前記第１冷却熱交換器２０４または前記第２冷却熱交換器３０３、４０８は前記液化熱交換器１１２の冷媒容量を増やして増加した容量の一部を使用するものであり得、捕集分離膜で二酸化炭素分離効率を増加させる効果に比べて、液化熱交換器１１２の容量を増加させることによるエネルギー消費は少ない。

【0116】

前記第１捕集分離膜残留気体６、第２－１捕集分離膜残留気体１４及び第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上を含む窒素豊富気体は前記熱交換網で加熱された後にも充分に低い温度を有するので、前記第１－３熱交換器２０３及び第２－２熱交換器３０２で加熱された窒素豊富気体６４を前記第２圧縮機で圧縮された気体１５と熱交換させて、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を冷却させる追加熱交換器１１１をさらに含むことができ、よって、前記液化熱交換器１１２で冷却に必要なエネルギーを減少させることができる。

【0117】

本発明が追加熱交換器１１１をさらに含む場合、前記液化熱交換器１１２は追加熱交換器で冷却された、第２圧縮機で圧縮された気体１６を冷却させることができる。

【0118】

前記第１捕集分離膜１０２、第１－１捕集分離膜１０４、第２捕集分離膜１０６、第３捕集分離膜１１８及び第２－１捕集分離膜１０８の材質は互いに同一であるかまたは異なり、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなるものであり得る。

【0119】

前述したように、ポリスルホン（ＰＳＦ）及びポリイミド（ＰＩ）の分離膜素材の特性を考慮する場合、低温で実施するときに二酸化炭素分離効率が著しく増加するという点で好ましい。

【0120】

特に、本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第１熱交換網２００を含む場合は、前記第１捕集分離膜１０２および前記第１－１捕集分離膜１０４に供給される気体が低温状態であり、第２熱交換網３００、４００を含む場合は、前記第２捕集分離膜１０６及び前記第２－１捕集分離膜１０８に供給される気体が低温であり、第３熱交換網を含む場合は、前記第３捕集分離膜１１８に供給される気体が低温である。よって、前記捕集分離膜がポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなることが二酸化炭素分離効率を著しく向上させるという点でより好ましい。

【0121】

より具体的には、本発明の排ガス内二酸化炭素捕集装置が第１熱交換網２００を含む場合、前記第１捕集分離膜１０２及び第１－１捕集分離膜１０４に供給される気体の温度は－４０～１０℃であり、最も好ましくは－２５～－１５℃であり、第２熱交換網３００、４００を含む場合、前記第２捕集分離膜１０６及び第２－１捕集分離膜１０８に供給される気体の温度は－４０～０℃であり、最も好ましくは－２５～－１５℃である。

【0122】

本発明の他の側面は、排ガス１を含む第１圧縮機供給気体２を第１圧縮機１０１で圧縮する第１圧縮段階と、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を含む第１捕集分離膜供給気体４を第１捕集分離膜１０２に供給して第１捕集分離膜透過気体５及び第１捕集分離膜残留気体６に分離する第１捕集段階と、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２圧縮機供給気体１１を第２圧縮機１１０で圧縮させる第２圧縮段階と、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を液化熱交換器１１２で冷却させる液化段階と、前記液化熱交換器で冷却された気体１７を分離塔に供給して高純度二酸化炭素液体１８及び二酸化炭素含有気体１９に分離する分離精製段階と、前記二酸化炭素含有気体１９を第１回収分離膜１１５に供給し、前記第１回収分離膜１１５を透過する第１回収分離膜透過気体２２を前記第１圧縮機１０１、前記第１捕集分離膜１０２または前記第２圧縮機１１０に循環させる第１回収段階と、を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程を提供する。

【0123】

本発明は、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２捕集分離膜供給気体９を第２捕集分離膜１０６に供給して第２捕集分離膜透過気体１０及び第２捕集分離膜残留気体１２に分離する第２捕集段階をさらに含むことができる。ここで、前記第２圧縮段階は、前記第１捕集分離膜透過気体５のうち前記第２捕集分離膜透過気体１０のみを前記第２圧縮機１１０で圧縮するものである。

【0124】

本発明は、前記高純度二酸化炭素液体１８をドライアイス２０に転換し、ドライアイス２０に転換されなかった残余二酸化炭素気体２１を収得するドライアイス製造段階をさらに含むことができる。

【0125】

前記第１圧縮機で圧縮された気体３及び前記第１捕集分離膜透過気体５のうちのいずれか１種以上の捕集分離膜供給気体を分離膜に供給するに先立ち、前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる熱交換段階をさらに含むことができる。

【0126】

本発明の一具現例によれば、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜１０２に供給するに先立ち、熱交換網を介して前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、第２回収分離膜透過気体２４及び第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させる熱交換段階をさらに含むことができる。

【0127】

前記第１圧縮段階は、第１圧縮機供給気体２を第１圧縮機１０１で圧縮して、第１捕集分離膜１０２での分離工程を実施する圧力比を具現し、より具体的には、前記第１圧縮機供給気体２を２～５ｂａｒ、好ましくは２．２～３．５ｂａｒの圧力に圧縮するものであり得る。

【0128】

仮に、本発明が熱交換段階をさらに含む場合、前記第１圧縮機１０１は、供給される気体流れを１．１～３．５ｂａｒ、好ましくは１．２～２．０ｂａｒの圧力に圧縮するものであり得る。

【0129】

前記第１圧縮機供給気体２は排ガス１を含む気体であり、前記排ガス１と第１－１捕集分離膜透過気体７、第２捕集分離膜残留気体１２、第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第１回収分離膜透過気体２２のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり得、好ましくは前記排ガス１と第１－１捕集分離膜透過気体７、第２捕集分離膜残留気体１２及び第２－１捕集分離膜透過気体１３のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり、より好ましくは排ガス１と第２－１捕集分離膜透過気体１３とが混合された気体である。

【0130】

前記第１捕集段階は、前記第１捕集分離膜供給気体４を第１捕集分離膜１０２に供給して、相対的に二酸化炭素が豊かな第１捕集分離膜透過気体５及び二酸化炭素が稀な第１捕集分離膜残留気体６に分離する段階である。

【0131】

前記第１捕集分離膜供給気体４は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３またはこれと前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２のうちのいずれか１種以上とが混合された気体、好ましくは前記第１圧縮機で圧縮された気体３、前記残余二酸化炭素気体２１及び前記第１回収分離膜透過気体２２が混合された気体であり得る。

【0132】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程が第２捕集段階をさらに含む場合、前記第１捕集分離膜透過気体５を第２捕集分離膜１０６に供給し、第２捕集段階を含まない場合、第２圧縮機１１０に供給する。

【0133】

前記第１捕集分離膜残留気体６は外部に排出されるか、または第１－１捕集分離膜１０４に供給され得る。

【0134】

本発明は、前記第１捕集分離膜残留気体６の残存二酸化炭素を回収するために、前記第１捕集分離膜残留気体６を第１－１捕集分離膜１０４に供給して、相対的に二酸化炭素が豊かな第１－１捕集分離膜透過気体７及び二酸化炭素が稀な第１－１捕集分離膜残留気体８に分離し、前記第１－１捕集分離膜透過気体７を前記第１圧縮機１０１に循環させる第１－１捕集段階をさらに含むことができる。

【0135】

前記第２捕集段階は、前記第１捕集分離膜透過気体５を含む第２捕集分離膜供給気体９を第２捕集分離膜１０６に供給して、前記第１捕集分離膜透過気体５よりも二酸化炭素濃度が増加した第２捕集分離膜透過気体１０及び二酸化炭素が稀な第２捕集分離膜残留気体１２に分離する段階である。

【0136】

前記第２捕集分離膜供給気体９は、前記第１捕集分離膜透過気体５またはこれと前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第２回収分離膜透過気体２４及び第３捕集分離膜透過気体２８のうちのいずれか１種以上とが混合された気体であり得る。

【0137】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程が第３捕集段階をさらに含む場合、前記第２捕集分離膜透過気体１０は第３捕集分離膜１１８に供給され、第３捕集段階を含まない場合、第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0138】

前記第２捕集分離膜残留気体１２は外部に排出されるか、または前記第１圧縮機１０１または第２－１捕集分離膜１０８に供給され得る。

【0139】

前記第２－１捕集段階は、前記第２捕集分離膜残留気体１２を第２－１捕集分離膜１０８に供給して、相対的に二酸化炭素濃度が高い第２－１捕集分離膜透過気体１３及び相対的に二酸化炭素濃度が低い第２－１捕集分離膜残留気体１４に分離する段階である。

【0140】

前記第２－１捕集分離膜透過気体１３は前記第１圧縮機１０１に循環させることができ、これにより二酸化炭素回収率が増加する。

【0141】

前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は二酸化炭素が稀で窒素が豊かな気体であり、外部に排出され、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜残留気体８及び第１回収分離膜残留気体２３も窒素が豊かな気体である。よって、前記窒素が豊かな気体のうち低温状態の気体とともに混合された後、前記熱交換段階で冷熱が回収された後、排出され得る。

【0142】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程は、二酸化炭素濃度によって第２捕集分離膜透過気体１０を第３捕集分離膜１１８に供給して、第３捕集分離膜透過気体２７及び第３捕集分離膜残留気体２８に分離する第３捕集段階をさらに含むことができる。ここで、前記第２捕集分離膜透過気体１０のうち第３捕集分離膜透過気体２７のみを第２圧縮機１１０に供給する。

【0143】

前記第２圧縮段階は、第２圧縮機供給気体１１を第２圧縮機１１０で圧縮して、液化工程に要求される圧力、好ましくは２２～５０ｂａｒ、好ましくは２２～３１ｂａｒに圧縮する段階である。

【0144】

前記第２圧縮機供給気体１１は、前記第１捕集分離膜透過気体５、第２捕集分離膜透過気体１０または第３捕集分離膜透過気体２７を含むものであり得る。

【0145】

前記液化段階は、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を液化熱交換器１１２で冷却させて、分離塔１１３での分離精製及び二酸化炭素の液化に適した温度、好ましくは－３５～－１８℃に冷却させる段階である。

【0146】

前記分離精製段階は、前記液化熱交換器で冷却された気体１７を分離塔１１３に供給して分離精製した後、下端で高純度二酸化炭素液体１８を収得し、上端で二酸化炭素含有気体１９を収得する段階である。

【0147】

前記二酸化炭素含有気体１９は、第１回収分離膜１１５に供給されるに先立ち、前記熱交換段階で捕集分離膜供給気体と熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させることができる。

【0148】

前記ドライアイス製造段階は、前記高純度二酸化炭素液体１８をドライアイス２０に転換させる。

【0149】

前記高純度二酸化炭素液体１８は１００％がドライアイス２０に転換されないので、残余二酸化炭素気体２１が収得される。

【0150】

前記残余二酸化炭素気体２１は二酸化炭素が豊かな気体であり、二酸化炭素を回収するために、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８及び前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか１種、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２または前記第２捕集分離膜１０６、最も好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に循環させることができる。

【0151】

前記残余二酸化炭素気体２１を前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に回収する場合、前記熱交換網を介して冷熱を回収せず、前記捕集分離膜に供給することが温度を低める効果がより大きいので好ましい。

【0152】

前記残余二酸化炭素気体２１の温度は約－７８～－４８℃の非常に低温状態である。よって、その冷熱を回収するために、回収熱交換器４０７によって前記捕集分離膜供給気体を前記残余二酸化炭素気体２１と熱交換させて前記残余二酸化炭素気体２１の冷熱を回収する回収熱交換段階をさらに含むことができる。

【0153】

前記回収熱交換段階で回収熱交換器で加熱された気体５５が収得される。前記回収熱交換器で加熱された気体５５も約－２５～－１０℃の低温状態であるので、前記熱交換段階で前記捕集分離膜供給気体とさらに熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させることができる。

【0154】

本発明は、前記二酸化炭素含有気体１９を第１回収分離膜１１５に供給して、前記第１回収分離膜１１５を透過して相対的に二酸化炭素濃度が高い第１回収分離膜透過気体２２および前記第１回収分離膜１１５に残留して相対的に二酸化炭素濃度が低い第１回収分離膜残留気体２３に分離する第１回収段階を含むことにより、前記二酸化炭素含有気体１９の残存二酸化炭素を回収して高純度の二酸化炭素気体を回収し、排出される二酸化炭素の量を著しく減少させた。

【0155】

特に、前記二酸化炭素含有気体１９は－４０～０℃の低温であり、冷熱を回収した後にも二酸化炭素分離効率が向上する温度範囲を外れないので、前記第１回収分離膜１１５に供給されるに先立ち、前記熱交換段階で前記捕集分離膜供給気体と熱交換して冷熱が回収された後、第１回収分離膜１１５に供給され得る。

【0156】

前記第１回収段階で、前記第１回収分離膜１１５に供給される気体の温度は－４０～０℃であり得る。

【0157】

前記第１回収分離膜透過気体２２及び前記第１回収分離膜残留気体２３は前記液化段階で冷却されて低温に維持された状態であり、これらのうちのいずれか１種以上は前記熱交換段階で前記捕集分離膜供給気体と熱交換することができる。

【0158】

前記第１回収分離膜透過気体２２は、前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８及び前記第２圧縮機１１０のうちのいずれか一つ、好ましくは前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に、最も好ましくは前記第１捕集分離膜１０２に循環することができる。

【0159】

前記第１回収分離膜透過気体２２が前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６または前記第３捕集分離膜１１８に循環する場合、前記熱交換段階で冷熱を回収しないことが好ましい。

【0160】

前記第１回収分離膜残留気体２３は二酸化炭素が稀な窒素豊富気体であり、外部に排出され、外部に排出されるに先立ち、前記熱交換段階で冷熱が回収された後、排出され得る。また、前述したように、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜残留気体８及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４のうちのいずれか１種以上とともに熱交換してから排出され得る。

【0161】

本発明の一具現例によれば、前記第１回収分離膜残留気体２３を第２回収分離膜１１７に供給して、相対的に二酸化炭素濃度が高い第２回収分離膜透過気体２４及び二酸化炭素濃度が低い第２回収分離膜残留気体２５に分離し、前記第２回収分離膜透過気体２４を前記第１捕集分離膜１０２、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８または前記第２圧縮機１１０に循環させる第２回収段階をさらに含むことができる。

【0162】

前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上は前記捕集分離膜供給気体と熱交換することができる。

【0163】

前記第２回収分離膜残留気体２５は外部に排出され得る。

【0164】

前記第１回収分離膜１１５及び前記第２回収分離膜１１７は前記液化熱交換器１１２で冷却された気体が供給され、低温で分離工程が行われるので、ポリスルホン（ＰＳＦ）及びポリイミド（ＰＩ）分離膜素材の特性を考慮すると、低温で実施すると二酸化炭素分離効率が著しく向上するという点で、ポリスルホン（ＰＳＦ）及びポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質であることが好ましい。

【0165】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程が第２捕集段階を含まない場合、前記熱交換段階は、第１熱交換網２００によって、前記第１捕集分離膜１０２に供給される、第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させるものであり得る。

【0166】

以下では、第２捕集段階を含まず、前記熱交換段階が第１熱交換網２００によって前記第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる場合を説明する。

【0167】

前記熱交換段階は、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0168】

前記第１捕集分離膜透過気体５は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で前記熱交換段階で前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、前記第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0169】

前記第１捕集分離膜残留気体６は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で外部に排出される場合、前記熱交換段階で前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、外部に排出され得る。

【0170】

前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給される場合、前記熱交換段階で冷熱が回収されず、すぐ前記第１－１捕集分離膜１０４に供給されることが好ましい。

【0171】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程が第２捕集段階をさらに含む場合、前記熱交換段階は、第１熱交換網２００によって、前記第１捕集分離膜１０２に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる段階、および第２熱交換網３００、４００によって、前記第２捕集分離膜１０６に供給される第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる段階のうちのいずれか一つ以上を含むことができる。

【0172】

以下では、第２捕集段階を含み、前記熱交換段階が第１熱交換網２００によって第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる場合を説明する。

【0173】

前記熱交換段階は、前記第１熱交換網２００によって、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0174】

前記第１捕集分離膜透過気体５は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で、前記熱交換段階で前記第１圧縮機で圧縮された気体３と熱交換した後、前記第２捕集分離膜１０６に供給され得る。

【0175】

前記第１捕集分離膜残留気体６は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で、前記熱交換段階で冷熱が回収された後、外部に排出され得る。ただし、前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給されるとき、前記熱交換段階で冷熱が回収されず、すぐ前記第１－１捕集分離膜１０４に供給されることが好ましい。

【0176】

本発明が第２熱交換網３００を含まない場合、第２捕集分離膜１０６及び第２－１捕集分離膜１０８を経た気体の流れはいずれも低温状態ではないので、前記熱交換網に供給されないことが好ましい。

【0177】

以下では、第２捕集段階を含み、前記熱交換段階は第２熱交換網４００によって第２捕集分離膜１０６に供給される前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させるものである場合を説明する。

【0178】

前記熱交換段階は、前記第２熱交換網４００によって、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させるものであり得る。

【0179】

好ましくは、前記熱交換段階は、前記第２熱交換網４００によって、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記第１回収分離膜透過気体２２及び前記第１回収分離膜残留気体２３の全部と熱交換させて冷却させるものであり得、より好ましくは、前記第２熱交換網４００は前記第１捕集分離膜透過気体５を前記残余二酸化炭素気体２１とさらに熱交換させることができる。

【0180】

より好ましくは、前記熱交換段階は、第２－２熱交換器４０２によって前記第１捕集分離膜透過気体５と前記第１回収分離膜透過気体２２とを熱交換させる段階と、第２－３熱交換器４０３によって前記第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４２と前記第２－１捕集分離膜透過気体１３とを熱交換させる段階と、第２－４熱交換器４０４によって前記第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４３と前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上とを熱交換させる段階と、第２－５熱交換器４０５によって前記第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４４と前記第２捕集分離膜透過気体１０とを熱交換させる段階と、第２－６熱交換器４０６によって前記第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４５と前記二酸化炭素含有気体１９とを熱交換させる段階と、を含むことができる。

【0181】

さらにより好ましくは、前記熱交換段階は、第２－１熱交換器４０１によって前記第１捕集分離膜透過気体５と前記残余二酸化炭素気体２１とを熱交換させる第１熱交換段階と、第２－２熱交換器４０２によって前記第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４１と前記第１回収分離膜透過気体２２とを熱交換させる第２熱交換段階と、第２－３熱交換器４０３によって前記第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４２と前記第２－１捕集分離膜透過気体１３とを熱交換させる第３熱交換段階と、第２－４熱交換器４０４によって前記第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４３と前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上とを熱交換させる第４熱交換段階と、第２－５熱交換器４０５によって前記第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４４と前記第２捕集分離膜透過気体１０とを熱交換させる第５熱交換段階と、第２－６熱交換器４０６によって前記第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４５と前記二酸化炭素含有気体１９とを熱交換させる第６熱交換段階と、を含むことができ、最も好ましくは、回収熱交換器４０７によって前記第２－６熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体４６と前記残余二酸化炭素気体２１とを熱交換させる回収熱交換段階をさらに含み、前記第１熱交換残余二酸化炭素気体２１は前記残余二酸化炭素気体２１が回収熱交換器で加熱された気体５５であり得る。

【0182】

前記第２捕集分離膜透過気体１０は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で前記熱交換段階で前記第１捕集分離膜透過気体５と熱交換して前記捕集分離膜供給気体を冷却させた後、第２圧縮機１１０または前記第３捕集分離膜１１８に供給され得る。

【0183】

前記第２捕集分離膜残留気体１２は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で、外部に排出されるに先立ち、前記熱交換段階で前記捕集分離膜供給気体と熱交換することができる。ただし、前記第２捕集分離膜残留気体１２が前記第２－１捕集分離膜１０８に供給される場合、前記熱交換段階で熱交換しないことが好ましい。

【0184】

本発明が第２－１捕集段階をさらに含む場合、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は低温に維持された状態で、これらのうちのいずれか１種以上は前記熱交換段階で前記第２熱交換網４００によって冷熱が回収され得る。

【0185】

以下では、第２捕集段階を含み、前記熱交換段階が、第１熱交換網２００によって第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる段階と、第２熱交換網３００によって前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる段階と、を含むものである場合を説明する。

【0186】

前記熱交換段階は、第１熱交換網２００によって、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる段階と、前記第２熱交換網３００によって、前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第１－１捕集分離膜透過気体７、前記第１－１捕集分離膜残留気体８、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２捕集分離膜残留気体１２、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４、前記二酸化炭素含有気体１９、前記残余二酸化炭素気体２１、前記第１回収分離膜透過気体２２、前記第１回収分離膜残留気体２３、前記第２回収分離膜透過気体２４及び前記第２回収分離膜残留気体２５のうちのいずれか１種以上と熱交換させて冷却させる段階と、を含むことができる。

【0187】

好ましくは、前記熱交換段階は、前記第１熱交換網２００によって、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第１捕集分離膜透過気体５、前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上と熱交換させる段階と、前記第２熱交換網３００によって前記第１捕集分離膜透過気体５を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２捕集分離膜透過気体１０、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上と熱交換させる段階と、を含むことができる。

【0188】

最も好ましくは、前記熱交換段階は、第１－１熱交換器２０１によって、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を前記第２－１捕集分離膜透過気体１３と熱交換させる第１－１熱交換段階と、第１－２熱交換器２０２によって、前記第１－１熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体３１を前記第１捕集分離膜透過気体５と熱交換させる第１－２熱交換段階と、第１－３熱交換器２０２によって、前記第１－２熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体３２を前記第１捕集分離膜残留気体６、前記第２－１捕集分離膜残留気体１４及び前記第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上を含む窒素豊富気体３５と熱交換させる第１－３熱交換段階と、第２－１熱交換器３０１によって前記第１捕集分離膜透過気体５を第２捕集分離膜透過気体１０と熱交換させる第２－１熱交換段階と、第２－２熱交換器３０２によって、前記第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体６１を前記第１－３熱交換器で加熱された気体３８と熱交換させる第２－２熱交換段階と、を含むことができる。

【0189】

前記第１捕集分離膜透過気体５は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で前記第１熱交換網２００を介して冷熱が回収され得る。

【0190】

前記第１捕集分離膜残留気体６が前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で外部に排出される場合、排出に先立ち、前記熱交換段階で冷熱が回収された後、外部に排出され得る。ただし、前記第１捕集分離膜残留気体６が第１－１捕集分離膜１０４に供給される場合、前記熱交換段階で冷熱が回収されず、前記第１－１捕集分離膜１０４に供給され得る。

【0191】

前記第２捕集分離膜透過気体１０は前記熱交換段階で冷却されて低温に維持された状態で前記熱交換網に供給され、冷熱が回収された後、前記第２圧縮機１１０に供給され得る。

【0192】

前記第２捕集分離膜残留気体１２が外部に排出される場合、前記熱交換段階で冷熱が回収された後、外部に排出され得る。

【0193】

前記第２捕集分離膜残留気体１２が前記第２－１捕集分離膜１０８に供給される場合、前記熱交換段階で冷熱が回収されないこともある。

【0194】

本発明が第１－１捕集段階をさらに含む場合、前記第１捕集分離膜残留気体６は前記熱交換段階で熱交換せず、第１－１捕集分離膜１０４に供給されることが第１－１捕集分離膜１０４での分離効率を高めることができるという点で好ましい。また、本発明が第２－１捕集段階をさらに含む場合、前記第２捕集分離膜残留気体１２は前記熱交換段階で熱交換せず、第２－１捕集分離膜１０８に供給されることが第２－１捕集分離膜１０８での分離効率を高めることができるという点で好ましい。

【0195】

本発明が第２－１捕集段階をさらに含む場合、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４は低温に維持された状態で、前記第２－１捕集分離膜透過気体１３及び前記第２－１捕集分離膜残留気体１４のうちのいずれか１種以上は前記熱交換段階で冷熱が回収され得る。

【0196】

本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程が第３捕集段階をさらに含む場合、前記熱交換段階は、前記第１捕集分離膜１０２に供給される第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる第１熱交換網２００、前記第２捕集分離膜１０６に供給される前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる第２熱交換網３００、４００、及び前記第２捕集分離膜透過気体１０を工程内の低温流れと熱交換させて冷却させる第３熱交換網のうちのいずれか一つ以上を用いることができる。

【0197】

一方、前記熱交換段階が前記第１熱交換網２００によって前記第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させる場合、前記第１圧縮機で圧縮された気体３を第１冷却熱交換器２０４で冷媒と熱交換させてさらに冷却させる第１冷却段階をさらに含むことができる。

【0198】

また、前記熱交換段階が前記第２熱交換網３００、４００によって前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させる場合、前記第１捕集分離膜透過気体５を第２冷却熱交換器３０３、４０８で冷媒と熱交換させてさらに冷却させる第２冷却段階をさらに含むことができる。

【0199】

前記第１捕集分離膜残留気体６、第２－１捕集分離膜残留気体１４及び第１回収分離膜残留気体２３のうちのいずれか１種以上を含む窒素豊富気体が前記熱交換段階で加熱された後にも充分に低い温度を有する場合、追加熱交換器１１１によって、前記第１－３熱交換器２０３及び第２－２熱交換器３０２で加熱された窒素豊富気体６４を前記第２圧縮機で圧縮された気体１５と熱交換させて、前記第２圧縮機で圧縮された気体１５を冷却させる追加冷却段階をさらに含むことができる。

【0200】

本発明が追加冷却段階をさらに含む場合、前記液化熱交換器１１２は追加熱交換器で冷却された第２圧縮機で圧縮された気体１６を冷却させることができる。

【0201】

前記第１捕集分離膜１０２、第１－１捕集分離膜１０４、第２捕集分離膜１０６、第２－１捕集分離膜１０８及び第１回収分離膜１１５の材質は互いに同一であるかまたは異なり、ポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなるものであり得る。

【0202】

前記熱交換段階が前記第１圧縮機で圧縮された気体３を冷却させることである場合、前記第１捕集分離膜１０２及び前記第１－１捕集分離膜１０４に供給される気体の温度は－４０～１０℃、最も好ましくは－２５～－１５℃であり、前記第１捕集分離膜透過気体５を冷却させることである場合、前記第２捕集分離膜１０６及び前記第２－１捕集分離膜１０８に供給される気体の温度は－４０～０℃、最も好ましくは－２５～－１５℃である。

【0203】

したがって、前記第１捕集分離膜１０２、前記第１－１捕集分離膜１０４、前記第２捕集分離膜１０６、前記第３捕集分離膜１１８及び前記第２－１捕集分離膜１０８のうちのいずれか１種以上がポリスルホン（ＰＳＦ）またはポリイミド（ＰＩ）のうちのいずれか１種以上の材質からなることが二酸化炭素分離効率を著しく向上させるという点でより好ましい。

【0204】

以下、実施例などに基づいて本発明をより詳細に説明する。ただし、以下の実施例などによって本発明の範囲および内容が縮小されるかまたは制限されるものと解釈されてはいけない。

【0205】

実施例１
図３は本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第２回収分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【0206】

実施例１では、図３に示したように、工程を設計し、各流れに対して下記の表３に示すように排ガス内二酸化炭素を捕集及び液化し、工程結果を下記の表４に示す。ここで、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６、第１回収分離膜１１５及び第２回収分離膜１１７はポリスルホン（ＰＳＦ）材質を使った。

【0207】

【表3】

【0208】

【表4】

【0209】

表４に示すように、本発明の実施例１の排ガス内二酸化炭素捕集装置及び工程は二酸化炭素回収率が９１％を果たすことができることが分かる。

【0210】

実施例２
図６は本発明のさらに他の実施例による第１－１捕集分離膜、第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜及び第２熱交換網を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【0211】

図６のように二酸化炭素捕集装置及び工程を設計し、下記の表５に示すような条件で工程を運営した。ここで、第１捕集分離膜１０２、第１－１捕集分離膜１０４、第２捕集分離膜１０６、第２－１捕集分離膜１０８及び第１回収分離膜１１５の材質はポリスルホン（ＰＳＦ）材質であった。実施例２の二酸化炭素捕集工程で収得される高純度二酸化炭素液体１８のモル％は９９．９％であり、生産量は２００ＴＰＤ（ｔｏｎ／ｄａｙ）であった。

【0212】

【表5】

【0213】

実施例３
図７は本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜及び第２回収分離膜を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【0214】

図７のように二酸化炭素捕集装置及び工程を設計し、下記の表６に示すような条件で工程を運営した。ここで、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６、第１回収分離膜１１５及び第２回収分離膜１１７の材質はポリスルホン（ＰＳＦ）材質であった。比較例の二酸化炭素工程で収得される高純度二酸化炭素液体１８のモル％は９９．９％であり、生産量は２００ＴＰＤ（ｔｏｎ／ｄａｙ）であった。

【0215】

【表6】

【0216】

実験例２．電気消費量評価
前記実施例２及び実施例３による二酸化炭素捕集工程でかかる電気量を測定して下記の表７に示す。

【0217】

【表7】

【0218】

表５～表７に示したように、同じ二酸化炭素分率及び生産量を有する実施例２及び実施例３の二酸化炭素捕集装置及び工程において、熱交換網を備えた実施例２の二酸化炭素捕集装置及び工程で電気消費量が著しく小さくなったことが分かる。

【0219】

より具体的には、実施例２で、第１圧縮機で０．５ｂａｒｇの圧力で圧縮されて同じ生産容量を達成するために、第１捕集分離膜供給気体の流量が増加し、冷却熱交換器を導入して冷却機の容量が増加したが、実施例３に比べて、消費されるエネルギーが著しく少ないことが分かる。すなわち、本発明の実施例２は、熱交換網を備えることで、第１圧縮機で圧縮される圧力を減少させるのにもかかわらず優れた二酸化炭素分離効果が現れることにより、同じ生産容量を得るための電気エネルギー消費量を著しく減少させることができ、冷却機（液化熱交換器）の容量を増加させる場合にもこのような容量増加によるエネルギー増加量は前記第１圧縮機の１２％程度に相当することから全体的なエネルギー消費量は減少することが分かる。

【0220】

実施例４
図９は本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜、第１熱交換網、第２熱交換網及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【0221】

図９のように二酸化炭素捕集装置及び工程を設計し、下記の表８に示すような条件で工程を運営した。ここで、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６、第２－１捕集分離膜１０８及び第１回収分離膜１１５の材質はポリスルホン（ＰＳＦ）材質であった。実施例の二酸化炭素工程で収得される高純度二酸化炭素液体１８のモル％は９９．９％であり、生産量は４６１ＴＰＤ（ｔｏｎ／ｄａｙ）であった。

【0222】

【表8】

【0223】

実施例５
図１０は本発明のさらに他の実施例による第２捕集分離膜、第２－１捕集分離膜、第２熱交換網及びドライアイス生成部を含む排ガス内二酸化炭素捕集工程図である。

【0224】

図１０のように二酸化炭素捕集装置及び工程を設計し、下記の表９に示すような条件で工程を運営した。ここで、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６、第２－１捕集分離膜１０８及び第１回収分離膜１１５の材質はポリスルホン（ＰＳＦ）材質であった。実施例の二酸化炭素工程で収得される高純度二酸化炭素液体１８のモル％は９９．９％であり、生産量は４６１ＴＰＤ（ｔｏｎ／ｄａｙ）であった。

【0225】

【表9】

【0226】

実施例６
図１１のように二酸化炭素捕集装置及び工程を設計し、下記の表１０に示すような条件で工程を運営した。ここで、第１捕集分離膜１０２、第２捕集分離膜１０６、第１回収分離膜１１５及び第２回収分離膜１１７の材質はポリスルホン（ＰＳＦ）材質であった。実施例の二酸化炭素工程の収得される高純度二酸化炭素液体１８のモル％は９９．９％であった。

【0227】

【表10】

【0228】

実験例３
前記実施例による二酸化炭素捕集工程でかかる電気量および二酸化炭素回収率を測定して下記の表１１に示す。

【0229】

【表11】

【0230】

表１１に示したように、本発明の排ガス内二酸化炭素捕集工程及び装置は、電気消費量が減少するとともに二酸化炭素回収率を高めることができ、ドライアイスも製造することができることが分かる。

【符号の説明】

【0231】

１ 排ガス
１’ フィルタリング及び冷却された排ガス
２ 第１圧縮機供給気体
３ 第１圧縮機で圧縮された気体
３１ 第１－１熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体
３２ 第１－２熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体
３３ 第１－３熱交換器で冷却された第１圧縮機で圧縮された気体
３４ 第１冷却熱交換器供給気体
３５ 窒素豊富気体
３６ 第１－１熱交換器で加熱された気体
３７ 第１－２熱交換器で加熱された気体
３８ 第１－３熱交換器で加熱された気体
４ 第１捕集分離膜供給気体
５ 第１捕集分離膜透過気体
５’ 真空ポンプによって圧縮された第１捕集分離膜透過気体
６ 第１捕集分離膜残留気体
７ 第１－１捕集分離膜透過気体
７’ 真空ポンプによって圧縮された第１－１捕集分離膜透過気体
８ 第１－１捕集分離膜残留気体
４１ 第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４２ 第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４３ 第２－３熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４４ 第２－４熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４５ 第２－５熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４６ 第２－６熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４７ 回収熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
４８ 第２－１熱交換器で加熱された気体
４９ 第２－２熱交換器で加熱された気体
５０ 第２－３熱交換器で加熱された気体
５１ 第２－４熱交換器供給気体
５２ 第２－４熱交換器で加熱された気体
５３ 第２－５熱交換器で加熱された気体
５４ 第２－６熱交換器で加熱された気体
５５ 回収熱交換器で加熱された気体
９ 第２捕集分離膜供給気体
１０ 第２捕集分離膜透過気体
１１ 第２圧縮機供給気体
１２ 第２捕集分離膜残留気体
１３ 第２－１捕集分離膜透過気体
１４ 第２－１捕集分離膜残留気体
１５ 第２圧縮機で圧縮された気体
１５’ チラー及び乾燥器を経た第２圧縮機で圧縮された気体
１６ 追加熱交換器で冷却された第２圧縮機で圧縮された気体
１７ 液化熱交換器で冷却された気体
１８ 高純度二酸化炭素液体
１９ 二酸化炭素含有気体
２０ ドライアイス
２１ 残余二酸化炭素気体
２２ 第１回収分離膜透過気体
２３ 第１回収分離膜残留気体
２３’ 真空ポンプによって圧縮された第１回収分離膜残留気体
２４ 第２回収分離膜透過気体
２５ 第２回収分離膜残留気体
２６ 第３捕集分離膜供給気体
２７ 第３捕集分離膜透過気体
２８ 第３捕集分離膜残留気体
６１ 第２－１熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
６２ 第２－２熱交換器で冷却された第１捕集分離膜透過気体
６３ 第２－１熱交換器で加熱された気体
６４ 第２－２熱交換器で加熱された気体
１０１ 第１圧縮機
１０２ 第１捕集分離膜
１０３ 真空ポンプ
１０４ 第１－１捕集分離膜
１０５ 真空ポンプ
２００ 第１熱交換網
２０１ 第１－１熱交換器
２０２ 第１－２熱交換器
２０３ 第１－３熱交換器
２０４ 第１冷却熱交換器
３００ 第２熱交換網
３０１ 第２－１熱交換器
３０２ 第２－２熱交換器
３０３ 第２冷却熱交換器
４００ 第２熱交換網
４０１ 第２－１熱交換器
４０２ 第２－２熱交換器
４０３ 第２－３熱交換器
４０４ 第２－４熱交換器
４０５ 第２－５熱交換器
４０６ 第２－６熱交換器
４０７ 回収熱交換器
４０８ 第２冷却熱交換器
１０６ 第２捕集分離膜
１０７ 真空ポンプ
１０８ 第２－１捕集分離膜
１０９ 真空ポンプ
１１０ 第２圧縮機
１１１ 追加熱交換器
１１２ 液化熱交換器
１１３ 分離塔
１１４ ドライアイス生成部
１１５ 第１回収分離膜
１１６ バルブ
１１７ 第２回収分離膜
１１８ 第３捕集分離膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】