ガスの処理方法及びシステム、ならびに二酸化炭素回収方法及びシステム
【課題】 窒素酸化物又は硫黄酸化物、あるいはその両方を含むガスから、有害ガス成分を効率よく除去しかつ二酸化炭素を効率よく回収することができるガスの処理方法及びシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる温度に有害ガス成分を含有するガスを冷却することにより、窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去し、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素を液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素を前記容器の外に排出する。
【解決手段】 二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる温度に有害ガス成分を含有するガスを冷却することにより、窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去し、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素を液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素を前記容器の外に排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの処理方法及びシステムに関する。また、本発明は、二酸化炭素回収方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所や化学プラント等における石炭焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、窒素酸化物等の有害ガス成分は、例えば、湿式脱硫処理装置や脱硝触媒による脱硝処理装置等を用いて分離・除去されている。また、より効率の高い有害ガス成分の分離・除去方法として、活性炭を用いる、いわゆる物理吸着法が知られている。
【０００３】
他方、昨今では大気中の二酸化炭素量が増加し、温室効果と呼ばれている大気温度の上昇との関係が問題となってきている。二酸化炭素発生量の増加の原因は、化石燃料の燃焼により生ずるものが大半である。このため、発電所や化学プラント等においては、環境面から排ガス中に含まれる二酸化炭素をなるべく大気中に排出させないようにすることが求められている。
【０００４】
このような中で、例えば石炭焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される排ガスの処理に関しては、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素については効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うことができる排ガスの処理システムが必要とされている。
【０００５】
また例えばＬＮＧ焚きボイラ等から排出される排ガスの処理に関しては、窒素酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素についても効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うための仕組みが必要とされている。
【０００６】
そしてこれらの排ガスの処理に関しては、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素についても効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うことができる排ガスの処理システムが必要とされている。
【０００７】
ここで排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する技術において、排ガスから二酸化炭素を分離する技術はそのための要素技術として重要である。そのような技術として、排ガス中の炭酸ガスをドライアイスとして固化・分離し、さらに加熱・加圧することにより液体の二酸化炭素とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。同文献に開示されている方法は、例えば図１に示す方法により実施することができる。同図に示す方法では、まずその外側に冷媒１１００を流通させた熱交換器の伝熱管１１０２の内部に、二酸化炭素を分離しようとするガス１１０３を流通させ、これによりガス中に含まれる二酸化炭素をドライアイス化（固化）し、捕集容器１１０４に捕集する。そして捕集容器１１０４に捕集したドライアイス１１０５を、捕集容器１１０４からドライアイス液化装置１１０６に移し、液体の二酸化炭素１１０７として回収する。なお、捕集したドライアイス１１０５を液化しているのは貯留や輸送の便宜の為である。
【０００８】
図１に示す方法では、ドライアイスを伝熱管１１０２の内側に析出させている。このため、析出したドライアイスにより伝熱管１１０２の管路が閉塞されて、装置の連続運転もしくは自動運転が難しいという問題がある。また固化部である捕集容器１１０４と液化部であるドライアイス液化装置１１０６とがそれぞれ別体の装置で構成されているため、二酸化炭素を捕集容器１１０４からドライアイス液化装置１１０６に搬送する仕組みも必要である。つまり図１に示す方法では、ガス中から二酸化炭素を分離するプロセスを連続的に効率良く運転することができず、とくに火力発電所や製鉄所等の大量の排ガス発生源に適用しようとする場合には、性能面で必ずしも十分であるとはいえない。
【特許文献１】特開２０００−３１７３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであって、窒素酸化物又は硫黄酸化物、あるいはその両方を含むガスから、有害ガス成分を効率よく除去し、かつ、二酸化炭素を効率よく回収することができるガスの処理方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるガス処理方法は、二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出し、排出された前記溶解した二酸化炭素を回収することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるガス処理方法は、窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
本ガス処理方法は、前記第１の工程において、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００１３】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本ガス処理方法は、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかるガス処理方法は、窒素酸化物及び硫黄酸化物をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
本ガス処理方法は、前記第１の工程において、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００１７】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本ガス処理方法は、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を、硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより、硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する第５の工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
本ガス処理方法において、前記冷却媒体は、例えば、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本ガス処理方法は、前記容器が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させた冷媒流通装置を有し、前記冷媒流通装置の外部に前記ガスを接触させることによって前記ガスを冷却させることを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記容器の内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００２３】
また、本ガス処理方法において、前記第１の工程は、前記ガスに含まれる水分を前記ガスから分離する工程を含むことを特徴とする。
【００２４】
さらに、本ガス処理方法において、前記ガスは、例えばＬＮＧ焚きボイラから排出される排ガスであってもよい。
【００２５】
本ガス処理方法において、前記液体二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽から前記容器へ供給され、前記排出された前記溶解した二酸化炭素は、前記二酸化炭素貯留槽へ回収されることを特徴とする。
【００２６】
また、本ガス処理方法において、前記二酸化炭素貯留槽内の圧力は、前記容器内の圧力と同一であることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本ガス処理方法において、前記圧力は、５．１１atm以上であることを特徴とする。
【００２８】
本発明にかかるガス処理装置は、二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明にかかるガス処理装置は、二酸化炭素を含有するガスから前記二酸化炭素を除去するためのガス処理装置であって、二酸化炭素を含有する前記ガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口とを備えた容器と、前記二酸化炭素を固化させるための冷却装置とを備え、前記容器は、前記第１の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、第２の出口より排出された溶解した二酸化炭素を回収するための回収手段と、前記容器内に圧力を印加する圧力印加手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
本ガス処理装置において、前記冷却装置は、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする。
【００３１】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記容器内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００３２】
本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスから前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、前記第１の装置は、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を排出するための第４の出口を備えた第１の容器と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置を備え、前記第２の装置は、前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段を備えた第２の容器と、前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置を備え、前記第１の容器は、前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段を備え、前記第２の容器は、前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段を備えることを特徴とする。
【００３４】
本ガス処理システムは、前記第１の冷却装置が、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００３５】
また、本ガス処理システムは、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置を備えることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスから前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、前記第１の装置は、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を排出するための第４の出口を備えた第１の容器と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置を備え、前記第２の装置は、前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段を備えた第２の容器と、前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置を備え、前記第１の容器は、前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段を備え、前記第２の容器は、前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段を備えることを特徴とする。
【００３８】
本ガス処理システムは、前記第１の冷却装置が、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００３９】
また、本ガス処理システムは、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００４０】
さらに、本ガス処理システムは、前記ガスが窒素酸化物及び硫黄酸化物を含有し、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより前記硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００４１】
また、本ガス処理システムは、前記ガスから分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する装置を含むことを特徴とする。
【００４２】
さらに、本ガス処理システムにおいて、前記冷却媒体は、例えば、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００４３】
また、本ガス処理システムにおいて、前記第２の冷却装置は、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする。
【００４４】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記第２の容器内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００４５】
さらに、本ガス処理システムは、前記第２の出口より排出された前記溶解した固化した二酸化炭素を回収するための回収手段と、前記液体二酸化炭素を供給し、前記溶解した二酸化炭素を貯留するための二酸化炭素貯留槽を備えることを特徴とする。
【００４６】
また、本ガス処理システムは、前記二酸化炭素貯留槽の圧力と、前記ドライアイス回収容器内の圧力が同一になるように調節する調節手段を備えることを特徴とする。
【００４７】
さらに、本ガス処理システムにおいて、前記圧力は、例えば、５．１１atm以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明により、窒素酸化物又は硫黄酸化物、あるいはその両方を含むガスから、有害ガス成分を効率よく除去し、かつ、二酸化炭素を効率よく回収することができるガスの処理方法及びシステムを提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、本発明にかかるガスの処理システム（以下、ガス処理システムと称する）の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。この処理システムは、処理するためのガス中から有害ガスを除去するための有害ガス回収システムと、この有害ガス回収装置で処理されたガスから二酸化炭素を回収するための二酸化炭素回収システムからなる。これらのシステムは、それぞれ独立して設計することができるため、以下に、各システムの構成について、別個に説明する。
【００５０】
＜有害ガス回収システム及び回収方法＞
＝第１実施形態＝
図２に本発明の第１実施形態として説明するガス処理システムの概略的な構成を示している。このガス処理システムによれば、発電所や化学プラント等における、石炭焚きボイラ・重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等の排ガス発生源１０から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガスについて、当該排ガスに含まれる水分や有害ガス成分を効率よく確実に除去できるだけでなく、排ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）を効率よく確実に回収できる。特に、有毒ガスが硫黄酸化物を含んでいる場合に、好適に適用され得る。
【００５１】
本実施形態の排ガス処理システムは、まず前プロセスとして、排ガス発生源１０から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガス（ガス）を、熱交換器１１及び凝縮器（コンデンサー）１３に収容される工業用水に導入することにより室温程度に冷却する。
【００５２】
次に第１の工程として室温程度に冷却された排ガスを、脱水塔１７において排ガスに含まれる二酸化炭素を液化又は固化させないが、排ガスに含まれる水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を液化又は固化させるような第１の温度（例えば、−９０℃）に冷却することにより、水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物だけを液化又は固化させて、これらを排ガスから分離する。さらに第２の工程として、水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去した排ガスを二酸化炭素回収装置３０に導入し、ここで排ガス中に含まれている二酸化炭素を冷却固化させ、その後、液体二酸化炭素を二酸化炭素回収装置３０へ導入し、二酸化炭素回収装置３０に存在する固化した二酸化炭素の一部又は全部を液体二酸化炭素に溶解させ、溶解した二酸化炭素の一部又は全部を二酸化炭素回収装置３０の外へ排出させる。
【００５３】
第１の工程においては、例えば排ガスを冷却媒体に流通させることによって冷却し、排ガスに含まれる水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を冷却媒体中で液化又は固化させて媒体と一緒に分離することができる。この場合、分離される有害ガス成分には、冷却媒体が混在しているが、本システムでは、冷却媒体と有害ガス成分との気化温度差を利用する蒸発法により有害ガス成分から冷却媒体を分離して回収し、回収した冷却媒体を再び冷却媒体として再利用することで冷却媒体の有効利用を図っている。
【００５４】
この蒸発法においては、加熱エネルギーが必要であるが、冷却媒体として沸点の低いものを採用することによって加熱エネルギーを削減することができる。液化又は固化した有害ガス成分から冷却媒体を分離するためには、冷却媒体は有害ガス成分を液化又は固化させる温度においても固化しない温度範囲を有することが必要である。また、有害ガス成分を効率よく分離できるように、冷却媒体は有害ガス成分を吸収しやすい性質を有している必要がある。さらに、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率よく第２の工程で除去できるように、冷却媒体は二酸化炭素が溶けにくい性質を有する必要がある。
【００５５】
これらの要求を満たす物質としては、例えばジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと称する）、無機塩類（塩化ナトリウム、塩化カリウム等）、臭素化合物（臭化リチウム、臭化ブロム等）、エーテル類（ジメチルエーテル、メチルエーテル等）、アルコール類（メタノール、エタノール等）、シリコンオイル類、パラフィン系炭化水素（プロパン、正ブタン等）、オレフィン系炭化水素、トルエン、エチルベンゼン、等がある。なお、冷却媒体から液化もしくは固化した有害ガス成分を分離するためには、冷却媒体と有害ガス成分との沸点差が大きい方が有利である。このような観点から、上記冷却媒体としてはエーテル類、アルコール類が好適であり、例えばジメチルエーテルを用いた場合、（−２４．９℃以上）に加温することにより、ジメチルエーテルは気化し、有害ガス成分は液体状又は固体上のままである。
【００５６】
この第１の工程においては、ここで示したように排ガスを冷却媒体に流通させるのではなく、排ガスを冷却媒体を通じた冷媒管などに接触させることにより、排ガスの温度コントロールを行ってもよい。
【００５７】
上記システムを用いた、この排ガスの処理システムの具体的な処理プロセスについて順に説明する。まず前処理として、石炭焚きボイラや重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等の排ガス発生源１０から排出される、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含む排ガスが、熱交換器１１に導入される。熱交換器１１には海水ポンプ１２によって供給される海水（例えば２５℃）、及び冷凍機４０から循環供給されるエチレングリコール等の冷媒が導かれている。排ガス発生源１０から導かれる排ガス（例えば５５℃）は、熱交換器１１を通過することにより上記海水及び冷媒によって室温程度に冷却される。
【００５８】
熱交換器において室温程度に冷却された排ガスは、次に凝縮器（コンデンサー）１３に導かれる。凝縮器１３において、排ガスは当該凝縮器１３に収容されている工業用水に導入される。これにより当該排ガスに含まれている水分、水溶性の有害ガス成分（例えば、ＳＯ２，ＮＯ２の一部）、煤塵等が除去される。排ガスから除去された水分、有害ガス成分、煤塵等を含んだ液化水は、一旦、排水槽１４に貯留された後、排水ポンプ１５により排水処理装置５０に導かれる。
【００５９】
一方、凝縮器１３を通過した排ガスは、排ガスファン１６によって脱水塔１７へと導かれる。脱水塔１７は、冷却装置（第１の冷却装置に相当する）、第４の入口、第４の出口、第５の出口を備えている。脱水塔１７では、排ガスについて更に脱水（除湿）及び有害ガス成分（窒素酸化物や硫黄酸化物等）の除去が行われる。なお、ここで排ガス中の水分を脱水することで、後に行われる排ガス中の二酸化炭素の回収工程において、二酸化炭素を効率よく回収することができる。
【００６０】
脱水塔１７において、排ガスは脱水塔１７の下方側（第４の入口）から導入される。脱水塔１７に導入された排ガスは、脱水塔１７内に満たされているＤＭＥにバブリング方式により流通される。そしてＤＭＥと熱交換することにより排ガスは冷却される。このときの冷却温度は、排ガス中の水分や窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害ガス成分については液化もしくは固化させるが、二酸化炭素については固化させない温度であって、例えば，−９０℃である。このような温度に排ガスを冷却することで、有害ガス成分については液化又は固化されて排ガスから分離されるが、二酸化炭素については気体のまま排ガス中に残留することになる。
【００６１】
ここで脱水塔１７における、有害ガス成分の排ガスからの除去機能を確認すべく、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）についての冷却媒体への溶解量を測定した。図３Ａにこの測定に用いた装置の構成を示している。この装置２１０は、模擬排ガスを生成する混合器２１１、脱水塔１７に見立てた模擬排ガスを冷却するための冷却容器２１２（ここではガラス容器を用いた）、模擬排ガスを冷却容器２１２に導入するガス導入管２１３、冷却容器２１２の上方に溜まったガスを冷却容器２１２の外に排出するためのガス排出管２１４を、同図に示すように接続したものである。
【００６２】
冷却容器２１２中の冷却媒体として、トルエン（５℃、液量１００ｃｃ）を用いた。ガス導入管の開口部は、トルエンの液面よりも下に位置するようにセットされている。また、模擬排ガスとしては、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素（Ｎ２）を混合器によって混合したものを用いた。図３Ｂに模擬排ガスの組成を示す。ガス排出管２１４から排出されるガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）の濃度測定は、模擬排ガスを一定速度（１ｌ／ｈ）でトルエンに流通させることにより行った。
【００６３】
図３Ｃにおいて、測定結果を、冷却媒体（トルエン）の温度と、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量（ｐｐｍ）（飽和溶解量）との関係を表したグラフとともに示す。図中の２つの曲線は、夫々、二酸化硫黄（ＳＯ２）の溶解量（ｐｐｍ）、及び一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量（ｐｐｍ）を、ＳＲＫ（Soave-Redlich-Kwong）法による計算により求めた理論値をプロットして作成した。条件は、常圧，温度−９０℃〜３０℃，対象物質トルエンとした。
【００６４】
また、同グラフにプロットされた「○」印は、上記測定により得られた実測値であり、二酸化硫黄（ＳＯ２）についての溶解量は４８（ｐｐｍ）、一酸化窒素（ＮＯ）についての溶解量は０．１（ｐｐｍ）であった。５℃における二酸化硫黄（ＳＯ２）の溶解量の理論値は３６（ｐｐｍ）、一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量の実測値は０．０７（ｐｐｍ）であり、この装置を用いて測定した場合の、二酸化硫黄（ＳＯ２）及び一酸化窒素（ＮＯ）の飽和溶解量は、ＳＲＫ法によって理論的に求めた値と一致することが確認できた。従って、脱水塔１７における排ガスから有害ガス成分を除去する機能は、正常に作動していることが示された。また、脱水塔１７において、排ガスから有害ガス成分を効率よく分離できることを検証することができた。
【００６５】
脱水塔１７において排ガスが流通されたＤＭＥは、第５の出口から排出され、ＤＭＥ分離塔２０へと導かれる。このＤＭＥ分離塔２０に導かれたＤＭＥは液化又は固化した水分及び有害ガス成分を含んでいる。ＤＭＥは、ここで、海水と間接的に熱交換して昇温する（例えば−２０℃）。この温度において、水分及び有害ガス成分は液体又は固体であり、ＤＭＥは気体となる（第３の工程に相当する）。このため、ＤＭＥはＤＭＥ分離塔２０の上方に浮上して他成分と分離する。浮上したＤＭＥは、ＤＭＥ分離塔２０の上方から回収され、ＤＭＥ冷却塔１８に導かれる。ＤＭＥ冷却塔１８には、冷凍機４０で冷却された冷媒（液体窒素）が、循環ポンプ１９により循環的に供給され、ＤＭＥ冷却塔１８において、ＤＭＥ分離塔２０から供給されるＤＭＥを冷却し、ＤＭＥを液化する。再生されたＤＭＥは、再び脱水塔１７に導かれる（第４の工程に相当する）。ＤＭＥはこのようにして循環させて再利用され、これにより系全体として冷却媒体が効率よく利用されることになる。
【００６６】
次にＤＭＥ分離塔２０内に残留した水分（液体又は固体）及び有害ガス成分は、輸送ポンプ２１により成分分離塔２２に導かれる。ここで水分及び有害ガス成分は、海水と間接的に熱交換されて昇温する（例えば５℃）。この温度において、水分及び二酸化窒素は液体であり、二酸化硫黄は気体となる（第５の工程に相当する）。昇温して気体となった二酸化硫黄は、成分分離塔２２の上方から排出された後、熱交換器１１へと導かれ、排ガス発生源１０から導かれる排ガス（例えば５５℃）を冷却するための冷媒として利用される。このように二酸化硫黄が冷媒として利用されることで、系全体としてのエネルギー消費量が抑えられることになる。
【００６７】
この二酸化硫黄は、冷媒として熱交換器１１で例えば４５℃に加熱され、その後は煙突５１に導かれて系外に排出される。また、成分分離塔２２内に残留する二酸化硫黄以外の液化水や二酸化窒素等の有害ガス成分は、排水処理装置５０へと導かれる。
【００６８】
脱水塔１７の上方に浮上してくる二酸化炭素を含んだ排ガスは、第４の出口から排出され、リバーシブル熱交換器２３へと導かれる。脱水塔１７からリバーシブル熱交換器２３に導かれた排ガスは、ここで冷却された後、二酸化炭素回収装置３０に導かれる。
【００６９】
二酸化炭素回収装置３０は、排ガス中に含まれている二酸化炭素を、冷却装置を用いて固化する装置である。二酸化炭素回収装置３０に導かれた排ガスは、二酸化炭素回収装置３０において冷凍機４０を通って循環されている冷媒（例えば、液体窒素）と間接的に熱交換されて冷却される。その後、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を二酸化炭素回収装置３０へ導入して、二酸化炭素回収装置３０に存在する固化した二酸化炭素を液体二酸化炭素に溶解させる。二酸化炭素回収装置３０の詳細な構成及び機能については後述する。
【００７０】
液化した二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽１２１に送られて貯留される。一方、二酸化炭素回収装置３０において二酸化炭素が除去された後の排ガスは、リバーシブル熱交換器２３に導入されて冷媒として用いられた後、熱交換器１１に導かれる。排ガスは熱交換器１１において再び冷媒として利用された後、煙突５１から系外に大気放出される。ここで大気放出される排ガスは、すでに二酸化炭素が除去されており、ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は非常に低い。
【００７１】
ところで、上述した冷凍機４０は、タービン式の圧縮機４１（窒素昇圧機）、循環窒素圧縮機４２、冷媒を膨張させて低温を得る凝縮器４３、冷媒である液体窒素とエチレングリコールや別系統で流通される液体窒素とを熱交換させる熱交換器４４、等を備え、冷媒としての窒素ガスを冷却する。冷凍機４０は、例えば電気エネルギー等のエネルギーによって繰り返し圧縮・膨張させることにより窒素ガスを冷却する。冷却により製造された液体窒素は、熱交換器１１に循環されるエチレングリコールの冷却や、ＤＭＥ冷却塔１８、二酸化炭素回収装置３０などに循環される当該液体窒素とは別系統で流通される液体窒素等の冷媒の冷却に用いられる。
【００７２】
以上に説明したように、本実施形態の排ガス処理システムにあっては、石炭焚きボイラ、重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガスについて、当該排ガスに含まれる水分や有害ガス成分を効率よく除去することができる。また、このように水分や有害ガス成分を効率よく除去しつつ、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率よく回収することができる。
【００７３】
なお、以上の説明において、排ガスからの除去対象となる有害ガスとしては、例えば、一酸化炭素、一酸化窒素等の他の窒素酸化物（ＮＯＸ）、一酸化硫黄等の他の硫黄酸化物（ＳＯＸ）、フッ化水素などのハロゲン化合物等があり、二酸化炭素の固化温度及び有害ガス成分の液化又は固化温度を適切に設定し、上記の冷却媒体として適切なものを選択することにより、これらの有害ガス成分を効率よく除去することができる。すなわち、これら以外の種類の有害ガスを含む排ガスを冷却媒体に流通させて第１の温度に冷却することにより、排ガスに含まれる有害ガスを液化又は固化させて排ガスから分離し、排ガスを前記第１の温度よりも低い第２の温度に冷却することにより、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を固化させて前記排ガスから分離する構成からなる排ガスの処理システムを実現することができる。
【００７４】
＝第２実施形態＝
本発明にかかる排ガス処理システムにおいては、脱水塔１７のあとに、固液分離装置２８を設けてもよい。脱水塔１７において排ガスを流通させたことにより、液化又は固化した水分及び有害ガス成分を含むこととなったＤＭＥは、シャーベット状態（スラリー）になっており、この固液分離装置２８では、ＤＭＥと、当該ＤＭＥに含まれる固化物とが分離される。固液分離装置２８により分離された後のＤＭＥは、再利用するため、ＤＭＥ分離塔２０へと導かれる。この固液分離装置２８は、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスのように、処理する排ガスに固化物（例えば、水分，ＮＯ２）が含まれている場合、好適に使用できる。
【００７５】
また、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスのように、硫黄酸化物が含まれていない排ガスに関しては、ＤＭＥ分離塔２０でＤＭＥを分離した後、成分分離塔２２を設ける必要がない。
【００７６】
そこで、これらの部分変更を兼ね備えた典型的な例として、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスに対する排ガス処理システムの概略的な構成を、本発明の第２の実施形態として、図４に示した。
【００７７】
本実施形態において、冷凍／熱交換器４４では、ＬＮＧの気化熱を利用して、熱交換器１１に循環されるエチレングリコールや、ＤＭＥ冷却塔１８、二酸化炭素回収装置３０などに循環される液体窒素等の冷媒を冷却することができる。例えば、ＬＮＧをガス燃料として用いている発電所において、ＬＮＧは例えば−１５０℃〜−１６５℃の液体の状態で輸送されてＬＮＧタンク６１等に貯留される。ここでＬＮＧをガス燃料として使用する際には、大気や海水から気化熱を得て昇温させて気化するが、冷凍／熱交換器４４は、この際の気化熱を利用してエチレングリコールや液体窒素等の冷媒を冷却してもよい。つまり排ガスもしくは冷却媒体は、ＬＮＧをガス燃料として用いた場合に生じる気化熱を利用して冷却される。なお、ＬＮＧの気化熱を利用して排ガスに含まれる二酸化炭素を固化・分離する技術については、例えば、特開平８−１２３１４号公報等に記載されている。
【００７８】
＜二酸化炭素回収システム＞
＝第１実施形態＝
図５は本発明の一実施形態として説明する二酸化炭素回収システム７０の概略的な構成図である。
【００７９】
本実施形態の二酸化炭素回収システム７０は、二酸化炭素回収装置３０と二酸化炭素貯留槽１２１から構成されている。ここで、二酸化炭素回収装置３０は、容器１０３、冷却装置１０９から構成されており、第１の入口１０６、第１の出口１０７、第２の入口１１１、第２の出口１１２、第２の入口より液体二酸化炭素を供給するための制御バルブ１２５、第２の出口より溶解した固化した二酸化炭素を排出するための制御バルブ１２６を備えている。
【００８０】
容器１０３は、鉛直に配置される２つの第１の円筒管１０４と、これら第１の円筒管１０４の下方に水平に（すなわち、第１の円筒管１０４に対して垂直に）配置し、第１の円筒管１０４の夫々の内部と連通する、第２の円筒管１０５を設ける。ここで、円筒管の材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４などが挙げられる。一方の第１の円筒管１０４の上面所定位置には、二酸化炭素を含有するガスを供給する第１の入口１０６を設ける。また、もう一方の第１の円筒管１０４の上面所定位置には、二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを容器１０３の外部に排出する第１の出口１０７を設ける。なお、容器１０３内に存在するガスが、第１の出口から適切な量だけ排出されているかを確認するために、差圧計１２４を設けてもよい。
【００８１】
なお、本実施形態では、第１円筒管１０４を2つ使用しているが、この数は特に限定されず、3つ以上使用してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、容器１０３は、２つの円筒管を含む形状としたが、直方体の形状であっても構わない。直方体の形状の容器を用いる場合は、第１の入口１０６から供給したガスを容器１０３内に所定時間以上滞在させるべく、第１の出口１０７は第１の入口１０６から所定距離だけ離間させた位置に設けることが好ましい。
【００８３】
第１の入口１０６に連結する配管には、ガスの供給量を制御するための手段の一例として制御バルブ１１３を設ける。また第１の出口１０７に連結する配管には、ガスの排出量を制御するための手段の一例として制御バルブ１１４を設ける。また第２の入口１１１に連結する配管には、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素の供給を調節するための手段の一例として制御バルブ１２５を設け、また、第２の出口１１２に連結する配管には、供給された液体二酸化炭素によって溶解した二酸化炭素の排出を調節するための手段の一例として制御バルブ１２６を設ける。
【００８４】
制御バルブ１２５を開栓すると、液体二酸化炭素が容器１０３に供給され、容器１０３に存在するドライアイスは溶解する。溶解した二酸化炭素は、制御バルブ１２６を開栓すると容器１０３の外へ排出され、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留される。
【００８５】
上記の制御バルブ１１３，１１４，１２５、及び１２６の全てを閉じることにより、容器１０３内は完全に密閉された状態となる。
【００８６】
二酸化炭素貯留槽１２１は、第２の円筒管１０５の内部と連通している。二酸化炭素貯留槽１２１内の二酸化炭素を加温するために、二酸化炭素貯留槽１２１の壁面に伝熱管（伝熱器）１２２を埋設してもよいし、電熱式のヒーター（例えばシリコンゴムヒーター、フッ素樹脂ヒーター）を設けてもよい。伝熱管（伝熱器）１２２を用いる場合、伝熱管１２２の上流には伝熱管１２２に流通させる熱媒体の流量を制御するための手段の一例として制御バルブを設けることが好ましい。なお、上記熱媒体は、例えば乾きガスであることが好ましく、この熱媒体は熱源１２３から伝熱管１２２に輸送される。また、伝熱管１２２は二酸化炭素貯留槽１２１の壁面に埋設させるのではなく、二酸化炭素貯留槽１２１の内部に設けてもよい。
【００８７】
容器１０３を冷却するために、容器１０３に冷却装置１０９を設ける。本実施例では、この冷却装置１０９は、容器１０３の外部に設ける。具体的には、図５に示すように容器１０３全体を覆うような形態の冷却装置でもよく、容器１０３に冷媒流通管などを巻いて容器１０３を外部から冷却するような形態の冷却装置でもよく、冷却装置１０９の形態は特に限定されない。冷却装置において使用し得る冷媒としては、二酸化炭素を固化させる温度以下まで冷却させることができる冷媒であることが好ましく、例えば、液体窒素が挙げられる。なお、液体窒素を冷媒として用いる場合、冷媒となる液体窒素は、冷凍機４０から供給されるようにする。
【００８８】
容器１０３内で、二酸化炭素が固化する際、容器１０３の内面により多く付着させるために、容器１０３の内側面へのドライアイスの接触面積を稼ぐべく、容器１０３の内側面にスクリュー状のフインを形成させてもよい。
【００８９】
ドライアイスを容器１０３の内面に付着させたままでは、冷却された容器１０３内面に二酸化炭素が付着できる面積が減少してしまうため、ドライアイスの回収量は減少するとともに、容器１０３内のガスの通路を塞ぐため、ガスの通過量が減少する。この問題を解決するために、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を容器１０３へ導入して、容器１０３に存在するドライアイスの一部又は全部を液体二酸化炭素に溶解させ、溶解したドライアイスを容器１０３の外に排出させる。 また、容器１０３内において二酸化炭素を効率よく固化するために、容器１０３内のガスの温度を計測するセンサや、冷却装置１０９表面の温度を計測するセンサや、容器１０３内の圧力を計測するセンザ等の各種センサを容器１０３に設けてもよい。なお、各センサの出力値は、計測機器又はコンピュータによって制御してもよい。また、容器１０３の所定位置に小窓を設け、ドライアイスが作製されているか否か目視によって確認してもよい。
【００９０】
＝第２実施形態＝
本実施形態では、容器１０３を冷却するための冷却装置１０９を容器１０３の内部に設ける。例えば、図６に示すように冷媒流通管２１７を第１の円筒管１０４の内部に挿入する。具体的には、例えば、長さ900mm×20本、管外表面積7.1m2、材質：銅管（フィン付）のような管として作製すればよい。挿入する冷媒流通管は、容器１０３の内部に流通させるガスとの間の接触面積を十分に確保するために、容器１０３の内部において２本に分岐させてもよい。また、第１の円筒管１０４の内部で蛇行させることによって、ガスとの間の接触面積が十分に確保してもよい。冷媒となる液体窒素は、第１の円筒管１０４の上面所定位置に設けられた入口２１８から供給し、出口２１９から排出させる。冷媒流通管２１７の上流には、冷媒の流量を制御するための手段の一例として制御バルブ２２０を設ける。
【００９１】
容器１０３内に供給されたガスは、二酸化炭素が固化する温度まで上記の方法によって冷却されるので、ガスに含まれる二酸化炭素は、容器１０３内で固化し、容器１０３の内部にある冷媒流通管２１７の外面に付着する。このドライアイスを、付着面から剥離するため、容器１０３に振動装置を設けてもよい。
【００９２】
＜二酸化炭素回収方法＞
以下、上記いずれかの二酸化炭素回収システムを用いて、溶解したドライアイスを回収する方法について説明する。なお、初期状態では、制御バルブ１１３、１１４、１２５、及び１２６は全て閉じられているものとする。
【００９３】
まず、冷却装置１０９を起動させ、容器１０３内部の冷却を開始する。この際、二酸化炭素が固化する温度まで、容器１０３の内側面の温度を低下させる。即ち、図７に示すように、二酸化炭素の昇華点は１atmで-78.5℃であるため、容器１０３内の圧力が１atmの場合、容器１０３の内側面の温度は少なくとも-78.5℃以下にする。
【００９４】
容器１０３の内側面の温度が上記温度に達した後、制御バルブ１１３及び制御バルブ１１４を開いて制御バルブ１１３から二酸化炭素を含有するガスを供給し、容器１０３へのガスの供給を開始する。ここで容器１０３を流通するガスは、容器１０３内において冷却装置１０９によって冷却され、ガス中に含まれる二酸化炭素が、容器１０３の内側面においてドライアイスとして析出してくる。二酸化炭素を除去されたガスは、容器１０３内を移動して制御バルブ１１４から容器１０３の外に排出される。
【００９５】
次に伝熱管１２２に熱媒体を流通させ、二酸化炭素貯留槽１２１内の温度及び圧力を上昇させ、二酸化炭素貯留槽１２１に存在する二酸化炭素を液状化させる。
【００９６】
次に、制御バルブ１１３,１１４を閉めて容器１０３を密閉し、加圧ポンプのような、容器１０３の内部の圧力を増加させるための圧力印加手段を用いて二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に容器１０３の内部を加圧する。この時、図７に示すように、二酸化炭素の三重点は、5.11atm/-56.6℃であるため、容器１０３内のドライアイスを液状化させるには容器１０３内の圧力も5.11atm以上に上昇させていなければならない。また、容器１０３内のドライアイスを二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を用いて液状化させるので、容器１０３内の圧力は、二酸化炭素貯留槽１２１内の圧力と同じであることが好ましい。このように容器１０３内の圧力を上昇させなければならないため、容器１０３の素材は耐圧性であることが好ましい。
【００９７】
次に、二酸化炭素貯留槽１２１内の液体二酸化炭素を、容器１０３の第２の入口１１１から容器１０３へ供給し、容器１０３内のドライアイスを液状化させる。
【００９８】
最後に、容器１０３内に存在する液体二酸化炭素を、容器１０３の第２の出口１１２から排出し、二酸化炭素貯留槽１２１へ供給し、二酸化炭素貯留槽１２１内に液体二酸化炭素を貯留する。この液体二酸化炭素は、容器１０３内のドライアイスを液状化させるために、再度容器１０３の第２の入口１１１へ供給してもよい。
【００９９】
ここで、液体二酸化炭素を容器１０３の第２の入口１１１へ供給する条件としては、例えば、容器１０３の入口１０６と出口１０７に差圧計１２４を設け、容器１０３の入口１０６と出口１０７との圧力の差がある一定以上となった場合などである。
【０１００】
また、例えば、制御バルブ１１３,１１４,１２５,１２６をそれぞれ電磁バルブとするとともに、各電磁バルブを制御するための制御ラインをコンピュータに接続し、コンピュータのハードウエアや当該ハードウエアで動作する制御ソフトウエアにより、上記電磁バルブを遠隔制御するようにしてもよい。また、上記各種センサの出力値に基づいて、上述したプロセスの全部又は一部を自動で実行させるようにしてもよい。
【０１０１】
以上に説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収システム７０によれば、容器１０３の内側面に付着したドライアイスを、液体二酸化炭素に溶解させることによって、効率よく回収することができる。さらに、本実施形態の二酸化炭素回収システム７０は、容器１０３内に存在するドライアイスに液体二酸化炭素を直接接触させるので、付着したドライアイスを効率よく剥離することができる。
【０１０２】
以上、複数の実施形態について説明したが、これらの実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】二酸化炭素を分離する技術の一つを説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態において、排ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態において、二酸化硫黄、一酸化窒素等についての冷却媒体への溶解量の測定に用いた装置の構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態において、模擬排ガスの組成を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態において、二酸化硫黄、一酸化窒素についての冷却媒体への溶解量の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、排ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において、ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態において、ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態において、二酸化炭素のＴ−Ｐ（温度−圧力）線図を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 排ガス発生源／１１ 熱交換器／１２ 海水ポンプ／１３ 凝縮器（コンデンサー）／１４ 排水槽／１５ 排水ポンプ／１６ 排ガスファン／１７ 脱水塔／１８ ＤＭＥ冷却塔／１９ 循環ポンプ／２０ ＤＭＥ分離塔／２１ 輸送ポンプ／２２ 成分分離塔／２３ リバーシブル熱交換器／２８ 固液分離装置／３０ 二酸化炭素回収装置
４０ 冷凍機／４１ 窒素昇圧機／４２ 循環窒素圧縮機／４３ 凝縮器／４４ 熱交換器／５０ 排水処理装置／５１ 煙突／６１ ＬＮＧタンク／７０ 二酸化炭素回収システム／１０３ 容器／１０４ 第１の円筒管／１０５ 第２の円筒管／１０６ 第１の入口／１０７ 第１の出口／１０９ 冷却装置／１１１ 第２の入口／１１２ 第２の出口／１１３ 制御バルブ／１１４ 制御バルブ／１２１ 二酸化炭素貯留槽／１２２ 伝熱管／１２３ 熱源／１２４ 差圧計／１２５ 制御バルブ／１２６ 制御バルブ／２１０ 装置／２１１ 混合器／２１２ 冷却容器／２１３ ガス導入管／２１４ ガス排出管 ／２１７ 冷媒流通管／２１８ 液体窒素入口／２１９ 液体窒素出口／２２０ 制御バルブ／１１００ 冷媒／１１０１ 容器／１１０２ 伝熱管／１１０３ ガス／１１０４ 捕集容器／１１０５ ドライアイス／１１０６ ドライアイス液化装置／１１０７ 液体の二酸化炭素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの処理方法及びシステムに関する。また、本発明は、二酸化炭素回収方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所や化学プラント等における石炭焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される排ガス中に含まれる硫黄酸化物、窒素酸化物等の有害ガス成分は、例えば、湿式脱硫処理装置や脱硝触媒による脱硝処理装置等を用いて分離・除去されている。また、より効率の高い有害ガス成分の分離・除去方法として、活性炭を用いる、いわゆる物理吸着法が知られている。
【０００３】
他方、昨今では大気中の二酸化炭素量が増加し、温室効果と呼ばれている大気温度の上昇との関係が問題となってきている。二酸化炭素発生量の増加の原因は、化石燃料の燃焼により生ずるものが大半である。このため、発電所や化学プラント等においては、環境面から排ガス中に含まれる二酸化炭素をなるべく大気中に排出させないようにすることが求められている。
【０００４】
このような中で、例えば石炭焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される排ガスの処理に関しては、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素については効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うことができる排ガスの処理システムが必要とされている。
【０００５】
また例えばＬＮＧ焚きボイラ等から排出される排ガスの処理に関しては、窒素酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素についても効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うための仕組みが必要とされている。
【０００６】
そしてこれらの排ガスの処理に関しては、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を効率よく除去するとともに、二酸化炭素についても効率よく回収する必要があり、有害ガス成分の除去と二酸化炭素の回収とを一連の処理として効率よく連続的に行うことができる排ガスの処理システムが必要とされている。
【０００７】
ここで排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する技術において、排ガスから二酸化炭素を分離する技術はそのための要素技術として重要である。そのような技術として、排ガス中の炭酸ガスをドライアイスとして固化・分離し、さらに加熱・加圧することにより液体の二酸化炭素とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。同文献に開示されている方法は、例えば図１に示す方法により実施することができる。同図に示す方法では、まずその外側に冷媒１１００を流通させた熱交換器の伝熱管１１０２の内部に、二酸化炭素を分離しようとするガス１１０３を流通させ、これによりガス中に含まれる二酸化炭素をドライアイス化（固化）し、捕集容器１１０４に捕集する。そして捕集容器１１０４に捕集したドライアイス１１０５を、捕集容器１１０４からドライアイス液化装置１１０６に移し、液体の二酸化炭素１１０７として回収する。なお、捕集したドライアイス１１０５を液化しているのは貯留や輸送の便宜の為である。
【０００８】
図１に示す方法では、ドライアイスを伝熱管１１０２の内側に析出させている。このため、析出したドライアイスにより伝熱管１１０２の管路が閉塞されて、装置の連続運転もしくは自動運転が難しいという問題がある。また固化部である捕集容器１１０４と液化部であるドライアイス液化装置１１０６とがそれぞれ別体の装置で構成されているため、二酸化炭素を捕集容器１１０４からドライアイス液化装置１１０６に搬送する仕組みも必要である。つまり図１に示す方法では、ガス中から二酸化炭素を分離するプロセスを連続的に効率良く運転することができず、とくに火力発電所や製鉄所等の大量の排ガス発生源に適用しようとする場合には、性能面で必ずしも十分であるとはいえない。
【特許文献１】特開２０００−３１７３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであって、窒素酸化物又は硫黄酸化物、あるいはその両方を含むガスから、有害ガス成分を効率よく除去し、かつ、二酸化炭素を効率よく回収することができるガスの処理方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるガス処理方法は、二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出し、排出された前記溶解した二酸化炭素を回収することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるガス処理方法は、窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
本ガス処理方法は、前記第１の工程において、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００１３】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本ガス処理方法は、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明にかかるガス処理方法は、窒素酸化物及び硫黄酸化物をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
本ガス処理方法は、前記第１の工程において、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００１７】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本ガス処理方法は、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、本ガス処理方法は、前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を、硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより、硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する第５の工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
本ガス処理方法において、前記冷却媒体は、例えば、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本ガス処理方法は、前記容器が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させた冷媒流通装置を有し、前記冷媒流通装置の外部に前記ガスを接触させることによって前記ガスを冷却させることを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記容器の内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００２３】
また、本ガス処理方法において、前記第１の工程は、前記ガスに含まれる水分を前記ガスから分離する工程を含むことを特徴とする。
【００２４】
さらに、本ガス処理方法において、前記ガスは、例えばＬＮＧ焚きボイラから排出される排ガスであってもよい。
【００２５】
本ガス処理方法において、前記液体二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽から前記容器へ供給され、前記排出された前記溶解した二酸化炭素は、前記二酸化炭素貯留槽へ回収されることを特徴とする。
【００２６】
また、本ガス処理方法において、前記二酸化炭素貯留槽内の圧力は、前記容器内の圧力と同一であることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本ガス処理方法において、前記圧力は、５．１１atm以上であることを特徴とする。
【００２８】
本発明にかかるガス処理装置は、二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明にかかるガス処理装置は、二酸化炭素を含有するガスから前記二酸化炭素を除去するためのガス処理装置であって、二酸化炭素を含有する前記ガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口とを備えた容器と、前記二酸化炭素を固化させるための冷却装置とを備え、前記容器は、前記第１の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、第２の出口より排出された溶解した二酸化炭素を回収するための回収手段と、前記容器内に圧力を印加する圧力印加手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
本ガス処理装置において、前記冷却装置は、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする。
【００３１】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記容器内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００３２】
本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスから前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、前記第１の装置は、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を排出するための第４の出口を備えた第１の容器と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置を備え、前記第２の装置は、前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段を備えた第２の容器と、前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置を備え、前記第１の容器は、前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段を備え、前記第２の容器は、前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段を備えることを特徴とする。
【００３４】
本ガス処理システムは、前記第１の冷却装置が、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００３５】
また、本ガス処理システムは、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置を備えることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明にかかるガス処理システムは、二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスから前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、前記第１の装置は、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を排出するための第４の出口を備えた第１の容器と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置を備え、前記第２の装置は、前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段を備えた第２の容器と、前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置を備え、前記第１の容器は、前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段を備え、前記第２の容器は、前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段を備えることを特徴とする。
【００３８】
本ガス処理システムは、前記第１の冷却装置が、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする。
【００３９】
また、本ガス処理システムは、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００４０】
さらに、本ガス処理システムは、前記ガスが窒素酸化物及び硫黄酸化物を含有し、前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより前記硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する装置を含むことを特徴とする。
【００４１】
また、本ガス処理システムは、前記ガスから分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する装置を含むことを特徴とする。
【００４２】
さらに、本ガス処理システムにおいて、前記冷却媒体は、例えば、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする。
【００４３】
また、本ガス処理システムにおいて、前記第２の冷却装置は、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする。
【００４４】
ここで、前記冷媒流通装置は、例えば管状であり、前記第２の容器内部に蛇行して設けられていることが好ましい。
【００４５】
さらに、本ガス処理システムは、前記第２の出口より排出された前記溶解した固化した二酸化炭素を回収するための回収手段と、前記液体二酸化炭素を供給し、前記溶解した二酸化炭素を貯留するための二酸化炭素貯留槽を備えることを特徴とする。
【００４６】
また、本ガス処理システムは、前記二酸化炭素貯留槽の圧力と、前記ドライアイス回収容器内の圧力が同一になるように調節する調節手段を備えることを特徴とする。
【００４７】
さらに、本ガス処理システムにおいて、前記圧力は、例えば、５．１１atm以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明により、窒素酸化物又は硫黄酸化物、あるいはその両方を含むガスから、有害ガス成分を効率よく除去し、かつ、二酸化炭素を効率よく回収することができるガスの処理方法及びシステムを提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に、本発明にかかるガスの処理システム（以下、ガス処理システムと称する）の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。この処理システムは、処理するためのガス中から有害ガスを除去するための有害ガス回収システムと、この有害ガス回収装置で処理されたガスから二酸化炭素を回収するための二酸化炭素回収システムからなる。これらのシステムは、それぞれ独立して設計することができるため、以下に、各システムの構成について、別個に説明する。
【００５０】
＜有害ガス回収システム及び回収方法＞
＝第１実施形態＝
図２に本発明の第１実施形態として説明するガス処理システムの概略的な構成を示している。このガス処理システムによれば、発電所や化学プラント等における、石炭焚きボイラ・重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等の排ガス発生源１０から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガスについて、当該排ガスに含まれる水分や有害ガス成分を効率よく確実に除去できるだけでなく、排ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）を効率よく確実に回収できる。特に、有毒ガスが硫黄酸化物を含んでいる場合に、好適に適用され得る。
【００５１】
本実施形態の排ガス処理システムは、まず前プロセスとして、排ガス発生源１０から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガス（ガス）を、熱交換器１１及び凝縮器（コンデンサー）１３に収容される工業用水に導入することにより室温程度に冷却する。
【００５２】
次に第１の工程として室温程度に冷却された排ガスを、脱水塔１７において排ガスに含まれる二酸化炭素を液化又は固化させないが、排ガスに含まれる水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を液化又は固化させるような第１の温度（例えば、−９０℃）に冷却することにより、水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物だけを液化又は固化させて、これらを排ガスから分離する。さらに第２の工程として、水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去した排ガスを二酸化炭素回収装置３０に導入し、ここで排ガス中に含まれている二酸化炭素を冷却固化させ、その後、液体二酸化炭素を二酸化炭素回収装置３０へ導入し、二酸化炭素回収装置３０に存在する固化した二酸化炭素の一部又は全部を液体二酸化炭素に溶解させ、溶解した二酸化炭素の一部又は全部を二酸化炭素回収装置３０の外へ排出させる。
【００５３】
第１の工程においては、例えば排ガスを冷却媒体に流通させることによって冷却し、排ガスに含まれる水分、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を冷却媒体中で液化又は固化させて媒体と一緒に分離することができる。この場合、分離される有害ガス成分には、冷却媒体が混在しているが、本システムでは、冷却媒体と有害ガス成分との気化温度差を利用する蒸発法により有害ガス成分から冷却媒体を分離して回収し、回収した冷却媒体を再び冷却媒体として再利用することで冷却媒体の有効利用を図っている。
【００５４】
この蒸発法においては、加熱エネルギーが必要であるが、冷却媒体として沸点の低いものを採用することによって加熱エネルギーを削減することができる。液化又は固化した有害ガス成分から冷却媒体を分離するためには、冷却媒体は有害ガス成分を液化又は固化させる温度においても固化しない温度範囲を有することが必要である。また、有害ガス成分を効率よく分離できるように、冷却媒体は有害ガス成分を吸収しやすい性質を有している必要がある。さらに、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率よく第２の工程で除去できるように、冷却媒体は二酸化炭素が溶けにくい性質を有する必要がある。
【００５５】
これらの要求を満たす物質としては、例えばジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと称する）、無機塩類（塩化ナトリウム、塩化カリウム等）、臭素化合物（臭化リチウム、臭化ブロム等）、エーテル類（ジメチルエーテル、メチルエーテル等）、アルコール類（メタノール、エタノール等）、シリコンオイル類、パラフィン系炭化水素（プロパン、正ブタン等）、オレフィン系炭化水素、トルエン、エチルベンゼン、等がある。なお、冷却媒体から液化もしくは固化した有害ガス成分を分離するためには、冷却媒体と有害ガス成分との沸点差が大きい方が有利である。このような観点から、上記冷却媒体としてはエーテル類、アルコール類が好適であり、例えばジメチルエーテルを用いた場合、（−２４．９℃以上）に加温することにより、ジメチルエーテルは気化し、有害ガス成分は液体状又は固体上のままである。
【００５６】
この第１の工程においては、ここで示したように排ガスを冷却媒体に流通させるのではなく、排ガスを冷却媒体を通じた冷媒管などに接触させることにより、排ガスの温度コントロールを行ってもよい。
【００５７】
上記システムを用いた、この排ガスの処理システムの具体的な処理プロセスについて順に説明する。まず前処理として、石炭焚きボイラや重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等の排ガス発生源１０から排出される、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含む排ガスが、熱交換器１１に導入される。熱交換器１１には海水ポンプ１２によって供給される海水（例えば２５℃）、及び冷凍機４０から循環供給されるエチレングリコール等の冷媒が導かれている。排ガス発生源１０から導かれる排ガス（例えば５５℃）は、熱交換器１１を通過することにより上記海水及び冷媒によって室温程度に冷却される。
【００５８】
熱交換器において室温程度に冷却された排ガスは、次に凝縮器（コンデンサー）１３に導かれる。凝縮器１３において、排ガスは当該凝縮器１３に収容されている工業用水に導入される。これにより当該排ガスに含まれている水分、水溶性の有害ガス成分（例えば、ＳＯ２，ＮＯ２の一部）、煤塵等が除去される。排ガスから除去された水分、有害ガス成分、煤塵等を含んだ液化水は、一旦、排水槽１４に貯留された後、排水ポンプ１５により排水処理装置５０に導かれる。
【００５９】
一方、凝縮器１３を通過した排ガスは、排ガスファン１６によって脱水塔１７へと導かれる。脱水塔１７は、冷却装置（第１の冷却装置に相当する）、第４の入口、第４の出口、第５の出口を備えている。脱水塔１７では、排ガスについて更に脱水（除湿）及び有害ガス成分（窒素酸化物や硫黄酸化物等）の除去が行われる。なお、ここで排ガス中の水分を脱水することで、後に行われる排ガス中の二酸化炭素の回収工程において、二酸化炭素を効率よく回収することができる。
【００６０】
脱水塔１７において、排ガスは脱水塔１７の下方側（第４の入口）から導入される。脱水塔１７に導入された排ガスは、脱水塔１７内に満たされているＤＭＥにバブリング方式により流通される。そしてＤＭＥと熱交換することにより排ガスは冷却される。このときの冷却温度は、排ガス中の水分や窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害ガス成分については液化もしくは固化させるが、二酸化炭素については固化させない温度であって、例えば，−９０℃である。このような温度に排ガスを冷却することで、有害ガス成分については液化又は固化されて排ガスから分離されるが、二酸化炭素については気体のまま排ガス中に残留することになる。
【００６１】
ここで脱水塔１７における、有害ガス成分の排ガスからの除去機能を確認すべく、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）についての冷却媒体への溶解量を測定した。図３Ａにこの測定に用いた装置の構成を示している。この装置２１０は、模擬排ガスを生成する混合器２１１、脱水塔１７に見立てた模擬排ガスを冷却するための冷却容器２１２（ここではガラス容器を用いた）、模擬排ガスを冷却容器２１２に導入するガス導入管２１３、冷却容器２１２の上方に溜まったガスを冷却容器２１２の外に排出するためのガス排出管２１４を、同図に示すように接続したものである。
【００６２】
冷却容器２１２中の冷却媒体として、トルエン（５℃、液量１００ｃｃ）を用いた。ガス導入管の開口部は、トルエンの液面よりも下に位置するようにセットされている。また、模擬排ガスとしては、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素（Ｎ２）を混合器によって混合したものを用いた。図３Ｂに模擬排ガスの組成を示す。ガス排出管２１４から排出されるガス中の二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）の濃度測定は、模擬排ガスを一定速度（１ｌ／ｈ）でトルエンに流通させることにより行った。
【００６３】
図３Ｃにおいて、測定結果を、冷却媒体（トルエン）の温度と、二酸化硫黄（ＳＯ２）、一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量（ｐｐｍ）（飽和溶解量）との関係を表したグラフとともに示す。図中の２つの曲線は、夫々、二酸化硫黄（ＳＯ２）の溶解量（ｐｐｍ）、及び一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量（ｐｐｍ）を、ＳＲＫ（Soave-Redlich-Kwong）法による計算により求めた理論値をプロットして作成した。条件は、常圧，温度−９０℃〜３０℃，対象物質トルエンとした。
【００６４】
また、同グラフにプロットされた「○」印は、上記測定により得られた実測値であり、二酸化硫黄（ＳＯ２）についての溶解量は４８（ｐｐｍ）、一酸化窒素（ＮＯ）についての溶解量は０．１（ｐｐｍ）であった。５℃における二酸化硫黄（ＳＯ２）の溶解量の理論値は３６（ｐｐｍ）、一酸化窒素（ＮＯ）の溶解量の実測値は０．０７（ｐｐｍ）であり、この装置を用いて測定した場合の、二酸化硫黄（ＳＯ２）及び一酸化窒素（ＮＯ）の飽和溶解量は、ＳＲＫ法によって理論的に求めた値と一致することが確認できた。従って、脱水塔１７における排ガスから有害ガス成分を除去する機能は、正常に作動していることが示された。また、脱水塔１７において、排ガスから有害ガス成分を効率よく分離できることを検証することができた。
【００６５】
脱水塔１７において排ガスが流通されたＤＭＥは、第５の出口から排出され、ＤＭＥ分離塔２０へと導かれる。このＤＭＥ分離塔２０に導かれたＤＭＥは液化又は固化した水分及び有害ガス成分を含んでいる。ＤＭＥは、ここで、海水と間接的に熱交換して昇温する（例えば−２０℃）。この温度において、水分及び有害ガス成分は液体又は固体であり、ＤＭＥは気体となる（第３の工程に相当する）。このため、ＤＭＥはＤＭＥ分離塔２０の上方に浮上して他成分と分離する。浮上したＤＭＥは、ＤＭＥ分離塔２０の上方から回収され、ＤＭＥ冷却塔１８に導かれる。ＤＭＥ冷却塔１８には、冷凍機４０で冷却された冷媒（液体窒素）が、循環ポンプ１９により循環的に供給され、ＤＭＥ冷却塔１８において、ＤＭＥ分離塔２０から供給されるＤＭＥを冷却し、ＤＭＥを液化する。再生されたＤＭＥは、再び脱水塔１７に導かれる（第４の工程に相当する）。ＤＭＥはこのようにして循環させて再利用され、これにより系全体として冷却媒体が効率よく利用されることになる。
【００６６】
次にＤＭＥ分離塔２０内に残留した水分（液体又は固体）及び有害ガス成分は、輸送ポンプ２１により成分分離塔２２に導かれる。ここで水分及び有害ガス成分は、海水と間接的に熱交換されて昇温する（例えば５℃）。この温度において、水分及び二酸化窒素は液体であり、二酸化硫黄は気体となる（第５の工程に相当する）。昇温して気体となった二酸化硫黄は、成分分離塔２２の上方から排出された後、熱交換器１１へと導かれ、排ガス発生源１０から導かれる排ガス（例えば５５℃）を冷却するための冷媒として利用される。このように二酸化硫黄が冷媒として利用されることで、系全体としてのエネルギー消費量が抑えられることになる。
【００６７】
この二酸化硫黄は、冷媒として熱交換器１１で例えば４５℃に加熱され、その後は煙突５１に導かれて系外に排出される。また、成分分離塔２２内に残留する二酸化硫黄以外の液化水や二酸化窒素等の有害ガス成分は、排水処理装置５０へと導かれる。
【００６８】
脱水塔１７の上方に浮上してくる二酸化炭素を含んだ排ガスは、第４の出口から排出され、リバーシブル熱交換器２３へと導かれる。脱水塔１７からリバーシブル熱交換器２３に導かれた排ガスは、ここで冷却された後、二酸化炭素回収装置３０に導かれる。
【００６９】
二酸化炭素回収装置３０は、排ガス中に含まれている二酸化炭素を、冷却装置を用いて固化する装置である。二酸化炭素回収装置３０に導かれた排ガスは、二酸化炭素回収装置３０において冷凍機４０を通って循環されている冷媒（例えば、液体窒素）と間接的に熱交換されて冷却される。その後、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を二酸化炭素回収装置３０へ導入して、二酸化炭素回収装置３０に存在する固化した二酸化炭素を液体二酸化炭素に溶解させる。二酸化炭素回収装置３０の詳細な構成及び機能については後述する。
【００７０】
液化した二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽１２１に送られて貯留される。一方、二酸化炭素回収装置３０において二酸化炭素が除去された後の排ガスは、リバーシブル熱交換器２３に導入されて冷媒として用いられた後、熱交換器１１に導かれる。排ガスは熱交換器１１において再び冷媒として利用された後、煙突５１から系外に大気放出される。ここで大気放出される排ガスは、すでに二酸化炭素が除去されており、ガス中に含まれる二酸化炭素の濃度は非常に低い。
【００７１】
ところで、上述した冷凍機４０は、タービン式の圧縮機４１（窒素昇圧機）、循環窒素圧縮機４２、冷媒を膨張させて低温を得る凝縮器４３、冷媒である液体窒素とエチレングリコールや別系統で流通される液体窒素とを熱交換させる熱交換器４４、等を備え、冷媒としての窒素ガスを冷却する。冷凍機４０は、例えば電気エネルギー等のエネルギーによって繰り返し圧縮・膨張させることにより窒素ガスを冷却する。冷却により製造された液体窒素は、熱交換器１１に循環されるエチレングリコールの冷却や、ＤＭＥ冷却塔１８、二酸化炭素回収装置３０などに循環される当該液体窒素とは別系統で流通される液体窒素等の冷媒の冷却に用いられる。
【００７２】
以上に説明したように、本実施形態の排ガス処理システムにあっては、石炭焚きボイラ、重油焚きボイラ、製鉄所における高炉、コークス炉、転炉等から排出される窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害ガス成分を含んだ排ガスについて、当該排ガスに含まれる水分や有害ガス成分を効率よく除去することができる。また、このように水分や有害ガス成分を効率よく除去しつつ、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率よく回収することができる。
【００７３】
なお、以上の説明において、排ガスからの除去対象となる有害ガスとしては、例えば、一酸化炭素、一酸化窒素等の他の窒素酸化物（ＮＯＸ）、一酸化硫黄等の他の硫黄酸化物（ＳＯＸ）、フッ化水素などのハロゲン化合物等があり、二酸化炭素の固化温度及び有害ガス成分の液化又は固化温度を適切に設定し、上記の冷却媒体として適切なものを選択することにより、これらの有害ガス成分を効率よく除去することができる。すなわち、これら以外の種類の有害ガスを含む排ガスを冷却媒体に流通させて第１の温度に冷却することにより、排ガスに含まれる有害ガスを液化又は固化させて排ガスから分離し、排ガスを前記第１の温度よりも低い第２の温度に冷却することにより、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を固化させて前記排ガスから分離する構成からなる排ガスの処理システムを実現することができる。
【００７４】
＝第２実施形態＝
本発明にかかる排ガス処理システムにおいては、脱水塔１７のあとに、固液分離装置２８を設けてもよい。脱水塔１７において排ガスを流通させたことにより、液化又は固化した水分及び有害ガス成分を含むこととなったＤＭＥは、シャーベット状態（スラリー）になっており、この固液分離装置２８では、ＤＭＥと、当該ＤＭＥに含まれる固化物とが分離される。固液分離装置２８により分離された後のＤＭＥは、再利用するため、ＤＭＥ分離塔２０へと導かれる。この固液分離装置２８は、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスのように、処理する排ガスに固化物（例えば、水分，ＮＯ２）が含まれている場合、好適に使用できる。
【００７５】
また、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスのように、硫黄酸化物が含まれていない排ガスに関しては、ＤＭＥ分離塔２０でＤＭＥを分離した後、成分分離塔２２を設ける必要がない。
【００７６】
そこで、これらの部分変更を兼ね備えた典型的な例として、ＬＮＧ焚きボイラ等から発生する排ガスに対する排ガス処理システムの概略的な構成を、本発明の第２の実施形態として、図４に示した。
【００７７】
本実施形態において、冷凍／熱交換器４４では、ＬＮＧの気化熱を利用して、熱交換器１１に循環されるエチレングリコールや、ＤＭＥ冷却塔１８、二酸化炭素回収装置３０などに循環される液体窒素等の冷媒を冷却することができる。例えば、ＬＮＧをガス燃料として用いている発電所において、ＬＮＧは例えば−１５０℃〜−１６５℃の液体の状態で輸送されてＬＮＧタンク６１等に貯留される。ここでＬＮＧをガス燃料として使用する際には、大気や海水から気化熱を得て昇温させて気化するが、冷凍／熱交換器４４は、この際の気化熱を利用してエチレングリコールや液体窒素等の冷媒を冷却してもよい。つまり排ガスもしくは冷却媒体は、ＬＮＧをガス燃料として用いた場合に生じる気化熱を利用して冷却される。なお、ＬＮＧの気化熱を利用して排ガスに含まれる二酸化炭素を固化・分離する技術については、例えば、特開平８−１２３１４号公報等に記載されている。
【００７８】
＜二酸化炭素回収システム＞
＝第１実施形態＝
図５は本発明の一実施形態として説明する二酸化炭素回収システム７０の概略的な構成図である。
【００７９】
本実施形態の二酸化炭素回収システム７０は、二酸化炭素回収装置３０と二酸化炭素貯留槽１２１から構成されている。ここで、二酸化炭素回収装置３０は、容器１０３、冷却装置１０９から構成されており、第１の入口１０６、第１の出口１０７、第２の入口１１１、第２の出口１１２、第２の入口より液体二酸化炭素を供給するための制御バルブ１２５、第２の出口より溶解した固化した二酸化炭素を排出するための制御バルブ１２６を備えている。
【００８０】
容器１０３は、鉛直に配置される２つの第１の円筒管１０４と、これら第１の円筒管１０４の下方に水平に（すなわち、第１の円筒管１０４に対して垂直に）配置し、第１の円筒管１０４の夫々の内部と連通する、第２の円筒管１０５を設ける。ここで、円筒管の材質としては、例えば、ＳＵＳ３０４などが挙げられる。一方の第１の円筒管１０４の上面所定位置には、二酸化炭素を含有するガスを供給する第１の入口１０６を設ける。また、もう一方の第１の円筒管１０４の上面所定位置には、二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを容器１０３の外部に排出する第１の出口１０７を設ける。なお、容器１０３内に存在するガスが、第１の出口から適切な量だけ排出されているかを確認するために、差圧計１２４を設けてもよい。
【００８１】
なお、本実施形態では、第１円筒管１０４を2つ使用しているが、この数は特に限定されず、3つ以上使用してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、容器１０３は、２つの円筒管を含む形状としたが、直方体の形状であっても構わない。直方体の形状の容器を用いる場合は、第１の入口１０６から供給したガスを容器１０３内に所定時間以上滞在させるべく、第１の出口１０７は第１の入口１０６から所定距離だけ離間させた位置に設けることが好ましい。
【００８３】
第１の入口１０６に連結する配管には、ガスの供給量を制御するための手段の一例として制御バルブ１１３を設ける。また第１の出口１０７に連結する配管には、ガスの排出量を制御するための手段の一例として制御バルブ１１４を設ける。また第２の入口１１１に連結する配管には、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素の供給を調節するための手段の一例として制御バルブ１２５を設け、また、第２の出口１１２に連結する配管には、供給された液体二酸化炭素によって溶解した二酸化炭素の排出を調節するための手段の一例として制御バルブ１２６を設ける。
【００８４】
制御バルブ１２５を開栓すると、液体二酸化炭素が容器１０３に供給され、容器１０３に存在するドライアイスは溶解する。溶解した二酸化炭素は、制御バルブ１２６を開栓すると容器１０３の外へ排出され、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留される。
【００８５】
上記の制御バルブ１１３，１１４，１２５、及び１２６の全てを閉じることにより、容器１０３内は完全に密閉された状態となる。
【００８６】
二酸化炭素貯留槽１２１は、第２の円筒管１０５の内部と連通している。二酸化炭素貯留槽１２１内の二酸化炭素を加温するために、二酸化炭素貯留槽１２１の壁面に伝熱管（伝熱器）１２２を埋設してもよいし、電熱式のヒーター（例えばシリコンゴムヒーター、フッ素樹脂ヒーター）を設けてもよい。伝熱管（伝熱器）１２２を用いる場合、伝熱管１２２の上流には伝熱管１２２に流通させる熱媒体の流量を制御するための手段の一例として制御バルブを設けることが好ましい。なお、上記熱媒体は、例えば乾きガスであることが好ましく、この熱媒体は熱源１２３から伝熱管１２２に輸送される。また、伝熱管１２２は二酸化炭素貯留槽１２１の壁面に埋設させるのではなく、二酸化炭素貯留槽１２１の内部に設けてもよい。
【００８７】
容器１０３を冷却するために、容器１０３に冷却装置１０９を設ける。本実施例では、この冷却装置１０９は、容器１０３の外部に設ける。具体的には、図５に示すように容器１０３全体を覆うような形態の冷却装置でもよく、容器１０３に冷媒流通管などを巻いて容器１０３を外部から冷却するような形態の冷却装置でもよく、冷却装置１０９の形態は特に限定されない。冷却装置において使用し得る冷媒としては、二酸化炭素を固化させる温度以下まで冷却させることができる冷媒であることが好ましく、例えば、液体窒素が挙げられる。なお、液体窒素を冷媒として用いる場合、冷媒となる液体窒素は、冷凍機４０から供給されるようにする。
【００８８】
容器１０３内で、二酸化炭素が固化する際、容器１０３の内面により多く付着させるために、容器１０３の内側面へのドライアイスの接触面積を稼ぐべく、容器１０３の内側面にスクリュー状のフインを形成させてもよい。
【００８９】
ドライアイスを容器１０３の内面に付着させたままでは、冷却された容器１０３内面に二酸化炭素が付着できる面積が減少してしまうため、ドライアイスの回収量は減少するとともに、容器１０３内のガスの通路を塞ぐため、ガスの通過量が減少する。この問題を解決するために、二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を容器１０３へ導入して、容器１０３に存在するドライアイスの一部又は全部を液体二酸化炭素に溶解させ、溶解したドライアイスを容器１０３の外に排出させる。 また、容器１０３内において二酸化炭素を効率よく固化するために、容器１０３内のガスの温度を計測するセンサや、冷却装置１０９表面の温度を計測するセンサや、容器１０３内の圧力を計測するセンザ等の各種センサを容器１０３に設けてもよい。なお、各センサの出力値は、計測機器又はコンピュータによって制御してもよい。また、容器１０３の所定位置に小窓を設け、ドライアイスが作製されているか否か目視によって確認してもよい。
【００９０】
＝第２実施形態＝
本実施形態では、容器１０３を冷却するための冷却装置１０９を容器１０３の内部に設ける。例えば、図６に示すように冷媒流通管２１７を第１の円筒管１０４の内部に挿入する。具体的には、例えば、長さ900mm×20本、管外表面積7.1m2、材質：銅管（フィン付）のような管として作製すればよい。挿入する冷媒流通管は、容器１０３の内部に流通させるガスとの間の接触面積を十分に確保するために、容器１０３の内部において２本に分岐させてもよい。また、第１の円筒管１０４の内部で蛇行させることによって、ガスとの間の接触面積が十分に確保してもよい。冷媒となる液体窒素は、第１の円筒管１０４の上面所定位置に設けられた入口２１８から供給し、出口２１９から排出させる。冷媒流通管２１７の上流には、冷媒の流量を制御するための手段の一例として制御バルブ２２０を設ける。
【００９１】
容器１０３内に供給されたガスは、二酸化炭素が固化する温度まで上記の方法によって冷却されるので、ガスに含まれる二酸化炭素は、容器１０３内で固化し、容器１０３の内部にある冷媒流通管２１７の外面に付着する。このドライアイスを、付着面から剥離するため、容器１０３に振動装置を設けてもよい。
【００９２】
＜二酸化炭素回収方法＞
以下、上記いずれかの二酸化炭素回収システムを用いて、溶解したドライアイスを回収する方法について説明する。なお、初期状態では、制御バルブ１１３、１１４、１２５、及び１２６は全て閉じられているものとする。
【００９３】
まず、冷却装置１０９を起動させ、容器１０３内部の冷却を開始する。この際、二酸化炭素が固化する温度まで、容器１０３の内側面の温度を低下させる。即ち、図７に示すように、二酸化炭素の昇華点は１atmで-78.5℃であるため、容器１０３内の圧力が１atmの場合、容器１０３の内側面の温度は少なくとも-78.5℃以下にする。
【００９４】
容器１０３の内側面の温度が上記温度に達した後、制御バルブ１１３及び制御バルブ１１４を開いて制御バルブ１１３から二酸化炭素を含有するガスを供給し、容器１０３へのガスの供給を開始する。ここで容器１０３を流通するガスは、容器１０３内において冷却装置１０９によって冷却され、ガス中に含まれる二酸化炭素が、容器１０３の内側面においてドライアイスとして析出してくる。二酸化炭素を除去されたガスは、容器１０３内を移動して制御バルブ１１４から容器１０３の外に排出される。
【００９５】
次に伝熱管１２２に熱媒体を流通させ、二酸化炭素貯留槽１２１内の温度及び圧力を上昇させ、二酸化炭素貯留槽１２１に存在する二酸化炭素を液状化させる。
【００９６】
次に、制御バルブ１１３,１１４を閉めて容器１０３を密閉し、加圧ポンプのような、容器１０３の内部の圧力を増加させるための圧力印加手段を用いて二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に容器１０３の内部を加圧する。この時、図７に示すように、二酸化炭素の三重点は、5.11atm/-56.6℃であるため、容器１０３内のドライアイスを液状化させるには容器１０３内の圧力も5.11atm以上に上昇させていなければならない。また、容器１０３内のドライアイスを二酸化炭素貯留槽１２１に貯留する液体二酸化炭素を用いて液状化させるので、容器１０３内の圧力は、二酸化炭素貯留槽１２１内の圧力と同じであることが好ましい。このように容器１０３内の圧力を上昇させなければならないため、容器１０３の素材は耐圧性であることが好ましい。
【００９７】
次に、二酸化炭素貯留槽１２１内の液体二酸化炭素を、容器１０３の第２の入口１１１から容器１０３へ供給し、容器１０３内のドライアイスを液状化させる。
【００９８】
最後に、容器１０３内に存在する液体二酸化炭素を、容器１０３の第２の出口１１２から排出し、二酸化炭素貯留槽１２１へ供給し、二酸化炭素貯留槽１２１内に液体二酸化炭素を貯留する。この液体二酸化炭素は、容器１０３内のドライアイスを液状化させるために、再度容器１０３の第２の入口１１１へ供給してもよい。
【００９９】
ここで、液体二酸化炭素を容器１０３の第２の入口１１１へ供給する条件としては、例えば、容器１０３の入口１０６と出口１０７に差圧計１２４を設け、容器１０３の入口１０６と出口１０７との圧力の差がある一定以上となった場合などである。
【０１００】
また、例えば、制御バルブ１１３,１１４,１２５,１２６をそれぞれ電磁バルブとするとともに、各電磁バルブを制御するための制御ラインをコンピュータに接続し、コンピュータのハードウエアや当該ハードウエアで動作する制御ソフトウエアにより、上記電磁バルブを遠隔制御するようにしてもよい。また、上記各種センサの出力値に基づいて、上述したプロセスの全部又は一部を自動で実行させるようにしてもよい。
【０１０１】
以上に説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収システム７０によれば、容器１０３の内側面に付着したドライアイスを、液体二酸化炭素に溶解させることによって、効率よく回収することができる。さらに、本実施形態の二酸化炭素回収システム７０は、容器１０３内に存在するドライアイスに液体二酸化炭素を直接接触させるので、付着したドライアイスを効率よく剥離することができる。
【０１０２】
以上、複数の実施形態について説明したが、これらの実施形態の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】二酸化炭素を分離する技術の一つを説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態において、排ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態において、二酸化硫黄、一酸化窒素等についての冷却媒体への溶解量の測定に用いた装置の構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態において、模擬排ガスの組成を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態において、二酸化硫黄、一酸化窒素についての冷却媒体への溶解量の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、排ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態において、ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態において、ガス処理システムの概略的な構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態において、二酸化炭素のＴ−Ｐ（温度−圧力）線図を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 排ガス発生源／１１ 熱交換器／１２ 海水ポンプ／１３ 凝縮器（コンデンサー）／１４ 排水槽／１５ 排水ポンプ／１６ 排ガスファン／１７ 脱水塔／１８ ＤＭＥ冷却塔／１９ 循環ポンプ／２０ ＤＭＥ分離塔／２１ 輸送ポンプ／２２ 成分分離塔／２３ リバーシブル熱交換器／２８ 固液分離装置／３０ 二酸化炭素回収装置
４０ 冷凍機／４１ 窒素昇圧機／４２ 循環窒素圧縮機／４３ 凝縮器／４４ 熱交換器／５０ 排水処理装置／５１ 煙突／６１ ＬＮＧタンク／７０ 二酸化炭素回収システム／１０３ 容器／１０４ 第１の円筒管／１０５ 第２の円筒管／１０６ 第１の入口／１０７ 第１の出口／１０９ 冷却装置／１１１ 第２の入口／１１２ 第２の出口／１１３ 制御バルブ／１１４ 制御バルブ／１２１ 二酸化炭素貯留槽／１２２ 伝熱管／１２３ 熱源／１２４ 差圧計／１２５ 制御バルブ／１２６ 制御バルブ／２１０ 装置／２１１ 混合器／２１２ 冷却容器／２１３ ガス導入管／２１４ ガス排出管 ／２１７ 冷媒流通管／２１８ 液体窒素入口／２１９ 液体窒素出口／２２０ 制御バルブ／１１００ 冷媒／１１０１ 容器／１１０２ 伝熱管／１１０３ ガス／１１０４ 捕集容器／１１０５ ドライアイス／１１０６ ドライアイス液化装置／１１０７ 液体の二酸化炭素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、
前記容器を密閉し、
二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、
液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、
前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、
前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出し、
排出された前記溶解した二酸化炭素を回収すること、
を特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【請求項３】
前記第１の工程において、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２に記載のガス処理方法。
【請求項４】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載のガス処理方法。
【請求項５】
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むこと、
を特徴とする、請求項４に記載のガス処理方法。
【請求項６】
窒素酸化物及び硫黄酸化物をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【請求項７】
前記第１の工程において、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項６に記載のガス処理方法。
【請求項８】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする、請求項６に記載のガス処理方法。
【請求項９】
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むこと、
を特徴とする、請求項８に記載のガス処理方法。
【請求項１０】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を、硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより、硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する第５の工程を含むことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１１】
前記冷却媒体が、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする、請求項３〜５又は７〜１０のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１２】
前記容器が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させた冷媒流通装置を有し、
前記冷媒流通装置の外部に前記ガスを接触させることによって前記ガスを冷却させること、
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１３】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記容器の内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のガス処理方法。
【請求項１４】
前記第１の工程は、前記ガスに含まれる水分を前記ガスから分離する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１５】
前記ガスが、ＬＮＧ焚きボイラから排出される排ガスであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１６】
前記液体二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽から前記容器へ供給され、
前記排出された前記溶解した二酸化炭素は、前記二酸化炭素貯留槽へ回収されること、
を特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１７】
前記二酸化炭素貯留槽内の圧力は、前記容器内の圧力と同一であることを特徴とする、請求項１６に記載のガス処理方法。
【請求項１８】
前記圧力が、５．１１atm以上であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１９】
二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出すること、
を特徴とするガス処理装置。
【請求項２０】
二酸化炭素を含有するガスから前記二酸化炭素を除去するためのガス処理装置であって、
二酸化炭素を含有する前記ガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口とを備えた容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための冷却装置と、
を備え、
前記容器は、
前記第１の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、
第２の出口より排出された溶解した二酸化炭素を回収するための回収手段と、
前記容器内に圧力を印加する圧力印加手段と、
を備えることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２１】
前記冷却装置が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする、請求項２０に記載のガス処理装置。
【請求項２２】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記容器内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項２１に記載のガス処理装置。
【請求項２３】
二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２４】
二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスから前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、
前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、
前記第１の装置は、
前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を排出するための第４の出口とを備えた第１の容器と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置と、
を備え、
前記第２の装置は、
前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段とを備えた第２の容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１の容器は、
前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
を備え、
前記第２の容器は、
前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２５】
前記第１の冷却装置は、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２４に記載のガス処理システム。
【請求項２６】
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２５に記載のガス処理システム。
【請求項２７】
二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２８】
二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスから前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、
前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、
前記第１の装置は、
前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を排出するための第４の出口とを備えた第１の容器と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置と、
を備え、
前記第２の装置は、
前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段とを備えた第２の容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１の容器は、
前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
を備え、
前記第２の容器は、
前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２９】
前記第１の冷却装置は、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２８に記載のガス処理システム。
【請求項３０】
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２９に記載のガス処理システム。
【請求項３１】
前記ガスが窒素酸化物及び硫黄酸化物を含有し、
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより前記硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２７〜３０のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３２】
前記ガスから分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する装置を含むことを特徴とする、請求項２６又は３０に記載のガス処理システム。
【請求項３３】
前記冷却媒体が、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする、請求項２５、２６、２９、３０又は３２のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３４】
前記第２の冷却装置が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする、請求項２４〜２６、２８〜３０、３２又は３３のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３５】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記第２の容器内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項３４に記載のガス処理システム。
【請求項３６】
前記第２の出口より排出された前記溶解した固化した二酸化炭素を回収するための回収手段と、
前記液体二酸化炭素を供給し、前記溶解した二酸化炭素を貯留するための二酸化炭素貯留槽を備えること、
を特徴とする請求項２４〜２６、２８〜３０、又は３２〜３５のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３７】
前記二酸化炭素貯留槽の圧力と、前記ドライアイス回収容器内の圧力が同一になるように調節する調節手段を備えることを特徴とする、請求項３６に記載のガス処理システム。
【請求項３８】
前記圧力が、５．１１atm以上であることを特徴とする、請求項２３〜３７に記載のガス処理システム。
【請求項１】
二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、
前記容器を密閉し、
二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、
液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、
前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、
前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出し、
排出された前記溶解した二酸化炭素を回収すること、
を特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【請求項３】
前記第１の工程において、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２に記載のガス処理方法。
【請求項４】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載のガス処理方法。
【請求項５】
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むこと、
を特徴とする、請求項４に記載のガス処理方法。
【請求項６】
窒素酸化物及び硫黄酸化物をさらに含有する前記ガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去する第１の工程と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを二酸化炭素を固化させる第２の温度に冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を、固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが供給された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出する第２の工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【請求項７】
前記第１の工程において、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記ガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項６に記載のガス処理方法。
【請求項８】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体は気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物は気化させない温度に昇温することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する第３の工程を含むことを特徴とする、請求項６に記載のガス処理方法。
【請求項９】
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物から分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する第４の工程を含むこと、
を特徴とする、請求項８に記載のガス処理方法。
【請求項１０】
前記第１の工程により前記ガスから分離される前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を、硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより、硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する第５の工程を含むことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１１】
前記冷却媒体が、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする、請求項３〜５又は７〜１０のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１２】
前記容器が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させた冷媒流通装置を有し、
前記冷媒流通装置の外部に前記ガスを接触させることによって前記ガスを冷却させること、
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１３】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記容器の内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載のガス処理方法。
【請求項１４】
前記第１の工程は、前記ガスに含まれる水分を前記ガスから分離する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１５】
前記ガスが、ＬＮＧ焚きボイラから排出される排ガスであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１６】
前記液体二酸化炭素は、二酸化炭素貯留槽から前記容器へ供給され、
前記排出された前記溶解した二酸化炭素は、前記二酸化炭素貯留槽へ回収されること、
を特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１７】
前記二酸化炭素貯留槽内の圧力は、前記容器内の圧力と同一であることを特徴とする、請求項１６に記載のガス処理方法。
【請求項１８】
前記圧力が、５．１１atm以上であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項１９】
二酸化炭素を含有するガスを、二酸化炭素を固化させる温度で冷却することにより、前記ガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記ガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出すること、
を特徴とするガス処理装置。
【請求項２０】
二酸化炭素を含有するガスから前記二酸化炭素を除去するためのガス処理装置であって、
二酸化炭素を含有する前記ガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口とを備えた容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための冷却装置と、
を備え、
前記容器は、
前記第１の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、
第２の出口より排出された溶解した二酸化炭素を回収するための回収手段と、
前記容器内に圧力を印加する圧力印加手段と、
を備えることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２１】
前記冷却装置が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする、請求項２０に記載のガス処理装置。
【請求項２２】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記容器内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項２１に記載のガス処理装置。
【請求項２３】
二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２４】
二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物の一方を含有するガスから前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、
前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、
前記第１の装置は、
前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を排出するための第４の出口とを備えた第１の容器と、
前記窒素酸化物又は硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置と、
を備え、
前記第２の装置は、
前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段とを備えた第２の容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１の容器は、
前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
を備え、
前記第２の容器は、
前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２５】
前記第１の冷却装置は、前記窒素酸化物又は硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、及び窒素酸化物又は硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物又は硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２４に記載のガス処理システム。
【請求項２６】
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物又は硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物又は硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２５に記載のガス処理システム。
【請求項２７】
二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを、二酸化炭素を固化させないが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させる第１の温度に冷却することにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させて前記ガスから除去するための第１の装置と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスを、二酸化炭素を固化させる第２の温度で冷却することにより、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスに含まれる二酸化炭素を固化させ、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を除去したガスが導入された容器の内部の面に付着させて、前記容器を密閉し、二酸化炭素が液体の状態を取り得る圧力以上に前記容器の内部を加圧し、液体二酸化炭素を前記容器へ導入し、前記容器に存在する前記固化した二酸化炭素の一部又は全部を前記液体二酸化炭素に溶解させ、前記溶解した二酸化炭素の一部又は全部を前記容器の外に排出するための第２の装置と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２８】
二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスから前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を除去するためのガス処理システムであって、
前記ガス処理システムは、第１の装置と第２の装置を含み、
前記第１の装置は、
前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有する前記ガスを供給するための第３の入口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第３の出口と、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を排出するための第４の出口とを備えた第１の容器と、
前記窒素酸化物及び硫黄酸化物を液化又は固化させるための第１の冷却装置と、
を備え、
前記第２の装置は、
前記第３の出口から排出された前記二酸化炭素を含有するガスを供給するための第１の入口と、前記二酸化炭素の一部又は全部を除去した後のガスを排出するための第１の出口と、液体二酸化炭素を供給するための第２の入口と、前記液体二酸化炭素によって溶解した固化した二酸化炭素を排出するための第２の出口と、圧力を印加するための圧力印加手段とを備えた第２の容器と、
前記二酸化炭素を固化させるための第２の冷却装置と、
を備え、
前記第１の容器は、
前記第３の入口より供給される前記ガスの量を制御するための手段と、
前記第３の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
を備え、
前記第２の容器は、
前記第１の入口より供給される前記二酸化炭素を含有するガスの量を制御するための手段と、
前記第１の出口より排出されるガスの量を制御するための手段と、
前記第２の入口より前記液体二酸化炭素を供給するための供給手段と、
前記第２の出口より溶解した前記固化した二酸化炭素を排出するための排出手段と、
を備えることを特徴とするガス処理システム。
【請求項２９】
前記第１の冷却装置は、前記窒素酸化物及び硫黄酸化物が液化又は固化する温度以下の温度の冷却媒体に、前記二酸化炭素、窒素酸化物、及び硫黄酸化物を含有するガスを流通させることにより、前記ガスに含まれる窒素酸化物及び硫黄酸化物を前記ガスから除去することを特徴とする、請求項２８に記載のガス処理システム。
【請求項３０】
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を含む前記冷却媒体を、前記冷却媒体については気化させるが前記窒素酸化物及び硫黄酸化物については気化させない温度に昇温することにより前記窒素酸化物及び硫黄酸化物と前記冷却媒体とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２９に記載のガス処理システム。
【請求項３１】
前記ガスが窒素酸化物及び硫黄酸化物を含有し、
前記第１の装置により前記ガスから分離される窒素酸化物及び硫黄酸化物を硫黄酸化物は気化させるが窒素酸化物は気化させない温度に昇温することにより前記硫黄酸化物と窒素酸化物とを分離する装置を含むことを特徴とする、請求項２７〜３０のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３２】
前記ガスから分離される前記冷却媒体を、前記ガスを流通させる前記冷却媒体として再利用する装置を含むことを特徴とする、請求項２６又は３０に記載のガス処理システム。
【請求項３３】
前記冷却媒体が、ジメチルエーテル、メタノール、エタノール、トルエン、エチルベンゼンのいずれかを含むことを特徴とする、請求項２５、２６、２９、３０又は３２のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３４】
前記第２の冷却装置が、二酸化炭素が固化する温度以下の温度の冷媒を流通させるための冷媒流通装置であることを特徴とする、請求項２４〜２６、２８〜３０、３２又は３３のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３５】
前記冷媒流通装置は管状であり、前記第２の容器内部に蛇行して設けられていることを特徴とする、請求項３４に記載のガス処理システム。
【請求項３６】
前記第２の出口より排出された前記溶解した固化した二酸化炭素を回収するための回収手段と、
前記液体二酸化炭素を供給し、前記溶解した二酸化炭素を貯留するための二酸化炭素貯留槽を備えること、
を特徴とする請求項２４〜２６、２８〜３０、又は３２〜３５のいずれかに記載のガス処理システム。
【請求項３７】
前記二酸化炭素貯留槽の圧力と、前記ドライアイス回収容器内の圧力が同一になるように調節する調節手段を備えることを特徴とする、請求項３６に記載のガス処理システム。
【請求項３８】
前記圧力が、５．１１atm以上であることを特徴とする、請求項２３〜３７に記載のガス処理システム。
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【公開番号】特開２００７−６９０５９（Ｐ２００７−６９０５９Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５５５６１（Ｐ２００５−２５５５６１）
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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