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JP7515151B2 - Carbon dioxide recovery device and carbon dioxide recovery method - Google Patents
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Description

本開示は、二酸化炭素の回収装置及び二酸化炭素の回収方法に関する。 This disclosure relates to a carbon dioxide capture device and a carbon dioxide capture method.

二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を分離する装置が知られている(例えば、特許文献1~3)。特許文献1には、二酸化炭素及び水蒸気を主成分ガスとして含む混合ガスから二酸化炭素と水蒸気とを分離するガス分離装置が開示されている。特許文献2には、二酸化炭素と不活性ガスを主成分とする混合ガスから、二酸化炭素と不活性ガスを個別に分離するガス回収装置が開示されている。特許文献3には、二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離膜と、二酸化炭素が分離されたガス中の水蒸気を除去する水蒸気除去手段とを備えるガス分離システムが開示されている。 Apparatuses that separate carbon dioxide from gases that contain carbon dioxide are known (for example, Patent Documents 1 to 3). Patent Document 1 discloses a gas separation apparatus that separates carbon dioxide and water vapor from a mixed gas containing carbon dioxide and water vapor as main component gases. Patent Document 2 discloses a gas recovery apparatus that individually separates carbon dioxide and an inert gas from a mixed gas containing carbon dioxide and an inert gas as main components. Patent Document 3 discloses a gas separation system that includes a carbon dioxide separation membrane that separates carbon dioxide and a water vapor removal means that removes water vapor in the gas from which carbon dioxide has been separated.

国際公開第2012/086836号International Publication No. 2012/086836 国際公開第2017/086293号International Publication No. 2017/086293 特開2017-221864号公報JP 2017-221864 A

本開示は、夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能な二酸化炭素の回収装置及び二酸化炭素の回収方法を提供する。 The present disclosure provides a carbon dioxide recovery device and a carbon dioxide recovery method that can easily recover gas in which the ratio of carbon dioxide to impurity gases has increased.

本開示の一側面に係る二酸化炭素の回収装置は、第1供給空間と第1処理空間とを隔てるように配置され、第1供給空間に供給される原料ガスに含まれる二酸化炭素を吸着、吸収又は透過のいずれかによって原料ガスのうちの二酸化炭素以外の成分を含む夾雑ガスから分離する第1分離部を有し、原料ガスに含まれる二酸化炭素の少なくとも一部を取り出して、原料ガスよりも夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きい第1処理ガスを第1処理空間から放出する第1処理部と、第1処理部によって放出された第1処理ガスが供給される第2供給空間と、第2処理空間とを隔てるように配置され、第1処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第2分離部を有し、第1処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、第1処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第2処理ガスを放出する第2処理部と、を備える。第2処理部は、第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスを第2処理空間に供給する再生ガス供給部を更に有する。 The carbon dioxide recovery device according to one aspect of the present disclosure includes a first processing unit arranged to separate a first supply space from a first processing space, and having a first separation unit that separates carbon dioxide contained in a raw gas supplied to the first supply space from impurity gases containing components other than carbon dioxide in the raw gas by either adsorption, absorption or permeation, and extracts at least a portion of the carbon dioxide contained in the raw gas and releases a first processing gas from the first processing space having a higher ratio of carbon dioxide to impurity gases than the raw gas, and a second processing unit arranged to separate a second supply space to which the first processing gas released by the first processing unit is supplied and the second processing space, and having a second separation unit that reduces water vapor contained in the first processing gas by either adsorption, absorption or permeation, and removes at least a portion of the water vapor contained in the first processing gas and releases a second processing gas having a higher carbon dioxide purity than the first processing gas. The second processing unit further has a regeneration gas supply unit that supplies a regeneration gas having a water vapor pressure lower than that of the first processing gas to the second processing space.

この二酸化炭素の回収装置では、原料ガスに含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇した第1処理ガスが第1処理部から第2処理部の第2供給空間に送り出される。そして、第2処理部において、第2供給空間とは第2分離部によって隔てられる第2処理空間に第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスが供給される。これにより、第2分離部によって第1処理ガス内から水蒸気が除去されつつ、第2処理ガスの水蒸気圧が低下する。水蒸気の少なくとも一部が除去された第2処理ガスを吸引するための装置の負荷は、第2処理ガスに含まれる水蒸気の量に依存する。上記の回収装置では、第2処理ガスの水蒸気圧が低下しているので、第2処理ガスを吸引するための装置の要求性能を下げることができる。従って、原料ガスに含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能となる。 In this carbon dioxide recovery device, the first treatment gas in which the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas to the impurity gas has increased is sent from the first treatment device to the second supply space of the second treatment device. In the second treatment device, a regeneration gas with a lower water vapor pressure than the first treatment gas is supplied to the second treatment space separated from the second supply space by the second separation device. As a result, the water vapor pressure of the second treatment gas is reduced while the water vapor is removed from the first treatment gas by the second separation device. The load of the device for sucking the second treatment gas from which at least a portion of the water vapor has been removed depends on the amount of water vapor contained in the second treatment gas. In the above recovery device, since the water vapor pressure of the second treatment gas is reduced, the required performance of the device for sucking the second treatment gas can be reduced. Therefore, it is possible to easily recover a gas in which the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas to the impurity gas has increased.

第1処理部は、第1処理空間に水蒸気を含む水蒸気含有ガスを供給する水蒸気供給部を更に有してもよい。第1分離部は、原料ガスに含まれる二酸化炭素を選択的に透過する分離膜を含んでもよい。この場合、水蒸気含有ガスによって、第1分離部の分離膜による二酸化炭素の透過が促進される。そのため、原料ガスから二酸化炭素を効率的に分離することが可能となる。 The first processing unit may further include a water vapor supply unit that supplies a water vapor-containing gas containing water vapor to the first processing space. The first separation unit may include a separation membrane that selectively permeates carbon dioxide contained in the raw material gas. In this case, the water vapor-containing gas promotes the permeation of carbon dioxide through the separation membrane of the first separation unit. This makes it possible to efficiently separate carbon dioxide from the raw material gas.

第1処理部は、第1供給空間に水蒸気を含む水蒸気含有ガスを供給する水蒸気供給部を更に有してもよい。第1分離部は、原料ガスに含まれる二酸化炭素の吸着又は吸収を選択的に行う材料を含んでもよい。この場合、水蒸気含有ガスによって、第1分離部の上記材料に貯留された二酸化炭素の放出が促進される。そのため、原料ガスから二酸化炭素を効率的に分離することが可能となる。 The first processing section may further include a water vapor supply section that supplies a water vapor-containing gas containing water vapor to the first supply space. The first separation section may include a material that selectively adsorbs or absorbs carbon dioxide contained in the raw material gas. In this case, the water vapor-containing gas promotes the release of carbon dioxide stored in the material of the first separation section. This makes it possible to efficiently separate carbon dioxide from the raw material gas.

再生ガスの温度は、水蒸気含有ガスの温度よりも低くてもよい。この場合、第2処理ガスの温度が再生ガスの温度と同程度まで下げられる。そのため、第2処理ガスを吸引するための装置の要求性能をより低下させることができ、二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスをより簡便に回収することが可能となる。 The temperature of the regeneration gas may be lower than the temperature of the water vapor-containing gas. In this case, the temperature of the second treatment gas is lowered to the same level as the temperature of the regeneration gas. This allows the performance requirements of the device for sucking in the second treatment gas to be further reduced, making it possible to more easily recover gas with an increased ratio of carbon dioxide to impurity gases.

再生ガスは空気であってもよい。この場合、第2処理空間への再生ガスの供給が容易である。 The regeneration gas may be air. In this case, it is easy to supply the regeneration gas to the second treatment space.

第2処理ガスの水蒸気圧は、当該第2処理ガスの飽和水蒸気圧よりも小さくてもよい。この場合、第2処理ガスが飽和水蒸気圧の水蒸気を含む場合に比べて、第2処理ガスを吸引するための装置の要求性能を低下させることが可能となる。 The water vapor pressure of the second process gas may be lower than the saturated water vapor pressure of the second process gas. In this case, it is possible to reduce the performance requirements of the device for sucking the second process gas, compared to when the second process gas contains water vapor at the saturated water vapor pressure.

上記回収装置は、第1処理空間内のガスを吸引する吸引部を更に備えてもよい。この構成では、第2処理ガスの水蒸気圧が第2処理部において下げられているので、水蒸気圧を低下させない場合に比べて、吸引部の要求性能を低下させることができる。そのため、吸引部を簡素化することが可能となる。 The recovery device may further include a suction section that sucks the gas in the first processing space. In this configuration, the water vapor pressure of the second processing gas is lowered in the second processing section, so the performance requirements of the suction section can be lowered compared to when the water vapor pressure is not lowered. This makes it possible to simplify the suction section.

第2分離部は、第1処理ガスに含まれる水蒸気を選択的に透過する分離膜を含んでもよい。この場合、第1処理ガス内の水蒸気を簡便に除去することが可能となる。 The second separation section may include a separation membrane that selectively allows water vapor contained in the first process gas to pass through. In this case, it becomes possible to easily remove water vapor from within the first process gas.

本開示の他の側面に係る二酸化炭素の回収方法は、原料ガスに含まれる二酸化炭素を吸着、吸収又は透過のいずれかによって原料ガスのうちの二酸化炭素以外の成分を含む夾雑ガスから分離する第1分離部を用いて、原料ガスに含まれる二酸化炭素の少なくとも一部を取り出すことで、原料ガスよりも夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きい第1処理ガスを生成する第1工程と、第1処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第2分離部を用いて、第1処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除くことで、第1処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第2処理ガスを生成する第2工程とを含む。第2工程では、第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスを更に用いて第2処理ガスを生成する。 A method for recovering carbon dioxide according to another aspect of the present disclosure includes a first step of extracting at least a portion of the carbon dioxide contained in the raw gas using a first separation section that separates the carbon dioxide contained in the raw gas from impurity gases containing components other than carbon dioxide in the raw gas by either adsorption, absorption, or permeation, thereby generating a first treated gas having a higher ratio of carbon dioxide to impurity gases than the raw gas, and a second step of removing at least a portion of the water vapor contained in the first treated gas using a second separation section that reduces the water vapor contained in the first treated gas by either adsorption, absorption, or permeation, thereby generating a second treated gas having a higher carbon dioxide purity than the first treated gas. In the second step, the second treated gas is generated by further using a regeneration gas having a water vapor pressure lower than that of the first treated gas.

この二酸化炭素の回収方法では、第1分離部が用いられて、原料ガスに含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇した第1処理ガスが生成される。そして、第1処理ガスに含まれる水蒸気を低減する第2分離部と、第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスとが利用されて第2処理ガスが生成される。水蒸気圧が低い再生ガスを利用することで、第2分離部によって第1処理ガス内から水蒸気を除去しつつ、第2処理ガスの水蒸気圧を下げることができる。水蒸気の少なくとも一部が除去された第2処理ガスを吸引するための装置の負荷は、第2処理ガスに含まれる水蒸気の量に依存する。上記の回収方法では、第2処理ガスの水蒸気圧を下げることができるので、第2処理ガスを吸引するための装置の要求性能を下げることができる。従って、原料ガスに含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能となる。 In this carbon dioxide recovery method, a first separation section is used to generate a first treatment gas in which the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas to the impurity gas is increased. Then, a second separation section that reduces the water vapor contained in the first treatment gas and a regeneration gas having a lower water vapor pressure than the first treatment gas are used to generate a second treatment gas. By using a regeneration gas with a lower water vapor pressure, the water vapor pressure of the second treatment gas can be reduced while removing water vapor from the first treatment gas by the second separation section. The load of the device for sucking the second treatment gas from which at least a portion of the water vapor has been removed depends on the amount of water vapor contained in the second treatment gas. In the above recovery method, the water vapor pressure of the second treatment gas can be reduced, and therefore the required performance of the device for sucking the second treatment gas can be reduced. Therefore, it is possible to easily recover a gas in which the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas to the impurity gas is increased.

本開示によれば、夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能な二酸化炭素の回収装置及び二酸化炭素の回収方法が提供される。 The present disclosure provides a carbon dioxide recovery device and a carbon dioxide recovery method that can easily recover gas in which the ratio of carbon dioxide to impurity gases has increased.

図1は、二酸化炭素の回収装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a carbon dioxide capture device. 図2は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide capture device. 図3は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide capture device. 図4は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide capture device. 図5(a)は、実施例における計算対象の二酸化炭素の分離プロセスのフローを示す図である。図5(b)は、実施例での計算の前提条件を示す表である。Fig. 5(a) is a diagram showing the flow of a carbon dioxide separation process that is the subject of calculation in the embodiment, and Fig. 5(b) is a table showing the prerequisites for calculation in the embodiment. 図6(a)は、モジュール内の供給側及び処理側のガスの圧力と温度と計算結果を示すグラフである。図6(b)は、フラッシュ法と膜分離法との水蒸気濃度の比較結果を示す表である。Fig. 6(a) is a graph showing the pressure and temperature of the gas on the supply side and the process side in the module and the calculation results, and Fig. 6(b) is a table showing the comparison results of the water vapor concentration between the flash method and the membrane separation method.

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 One embodiment will be described below with reference to the drawings. In the description, identical elements or elements having the same functions are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.

[二酸化炭素の回収装置]
図1は、二酸化炭素の回収装置の一例を示す模式図である。図1に示される二酸化炭素の回収装置1は、二酸化炭素を含むガスから二酸化炭素を回収する装置である。具体的には、回収装置1は、供給されるガス(以下、「原料ガスG0」という。)に含まれる二酸化炭素を分離することで、原料ガスG0よりも二酸化炭素の純度(濃度)が高いガスを生成する。原料ガスG0として、例えば、工場、農業用加温機、自動車等のエンジン、ガスヒートポンプ、ボイラー、燃焼式給湯器、又は発電所等において燃料を燃焼させた後に排出される排ガス、室内又は室外の空気、あるいは、水蒸気により改質された化石燃料が利用される。
[Carbon dioxide capture device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a carbon dioxide capture device. The carbon dioxide capture device 1 shown in FIG. 1 is a device that captures carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide. Specifically, the capture device 1 separates carbon dioxide contained in a gas supplied (hereinafter referred to as "raw material gas G0") to generate a gas having a higher carbon dioxide purity (concentration) than the raw material gas G0. As the raw material gas G0, for example, exhaust gas discharged after burning fuel in a factory, an agricultural heater, an engine such as an automobile, a gas heat pump, a boiler, a combustion-type water heater, or a power plant, indoor or outdoor air, or a fossil fuel reformed with water vapor is used.

このような原料ガスには、二酸化炭素と、二酸化炭素以外の成分を含む夾雑ガスとが含まれる。夾雑ガスには、例えば窒素、酸素、又は水素が含まれる。あるいは、原料ガスには、二酸化炭素と水蒸気とに加えて、上記夾雑ガスが含まれる場合がある。以下では、原料ガスに、二酸化炭素及び水蒸気と、二酸化炭素及び水蒸気以外の成分を含む夾雑ガスとが含まれる場合を例に説明し、夾雑ガスに含まれる成分を「夾雑ガス成分」と称する。 Such a source gas contains carbon dioxide and an impurity gas containing components other than carbon dioxide. The impurity gas contains, for example, nitrogen, oxygen, or hydrogen. Alternatively, the source gas may contain the above-mentioned impurity gas in addition to carbon dioxide and water vapor. In the following, an example will be described in which the source gas contains carbon dioxide and water vapor, and an impurity gas containing components other than carbon dioxide and water vapor, and the components contained in the impurity gas are referred to as "impurity gas components."

燃焼排ガスを原料ガスG0として利用する場合に、原料ガスに含まれる二酸化炭素(原料ガス内の二酸化炭素)の濃度は、40%未満であってもよい。一例として、燃焼排ガス内の二酸化炭素の濃度は、3%~30%であってもよく、4%~25%であってもよく、5%~20%であってもよい。回収装置1によって二酸化炭素が分離されて得られるガス(以下、「分離ガスGc」という。)に含まれる二酸化炭素の濃度は、例えば、40%以上であってもよい。一例として、分離ガスGc内の二酸化炭素の濃度は、60%以上であってもよく、70%以上であってもよく、80%以上であってもよい。本開示において、二酸化炭素の濃度は、標準状態(0℃、1気圧)における体積基準の濃度である。回収装置1は、例えば、第1処理部10と、第2処理部30と、吸引部50とを備える。 When using combustion exhaust gas as the raw gas G0, the concentration of carbon dioxide contained in the raw gas (carbon dioxide in the raw gas) may be less than 40%. As an example, the concentration of carbon dioxide in the combustion exhaust gas may be 3% to 30%, 4% to 25%, or 5% to 20%. The concentration of carbon dioxide contained in the gas obtained by separating carbon dioxide using the recovery device 1 (hereinafter referred to as "separated gas Gc") may be, for example, 40% or more. As an example, the concentration of carbon dioxide in the separated gas Gc may be 60% or more, 70% or more, or 80% or more. In this disclosure, the concentration of carbon dioxide is a volume-based concentration under standard conditions (0°C, 1 atm). The recovery device 1 includes, for example, a first processing unit 10, a second processing unit 30, and an suction unit 50.

第1処理部10は、原料ガスG0内の二酸化炭素の少なくとも一部を取り出して、原料ガスG0よりも二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が大きい(以下、「第1処理ガスG1」という。)を生成する。すなわち、第1処理ガスG1における二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合は、原料ガスG0における二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合よりも大きい。第1処理部10は、生成した第1処理ガスG1を第2処理部30に向けて放出する。第1処理部10は、例えば、第1分離モジュール12と、原料ガス供給部22とを有する。 The first processing unit 10 extracts at least a portion of the carbon dioxide in the raw gas G0 to generate a first processing gas G1 having a higher ratio of carbon dioxide to impurity gases than the raw gas G0. That is, the ratio of carbon dioxide to impurity gases in the first processing gas G1 is higher than the ratio of carbon dioxide to impurity gases in the raw gas G0. The first processing unit 10 releases the generated first processing gas G1 toward the second processing unit 30. The first processing unit 10 has, for example, a first separation module 12 and a raw gas supply unit 22.

第1分離モジュール12は、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素を、原料ガスG0に含まれる夾雑ガスから分離する。第1分離モジュール12は、例えば、筐体14と、第1分離部16とを含む。筐体14は、第1分離部16を収容すると共に、内部空間を形成する。第1分離部16は、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素を吸着、吸収又は透過のいずれかによって夾雑ガスから二酸化炭素を分離する部材である。第1分離部16は、筐体14内の内部空間を二つの空間に区画するように配置されている。以下、第1分離部16によって隔てられる一対の空間のうちの原料ガスG0が供給される空間を「供給空間Vs1」と称し、他方の空間を「処理空間Vd1」と称する。すなわち、第1分離部16は、供給空間Vs1(第1供給空間)と処理空間Vd1(第1処理空間)とを隔てるように配置されている。 The first separation module 12 separates the carbon dioxide contained in the raw material gas G0 from the impurity gas contained in the raw material gas G0. The first separation module 12 includes, for example, a housing 14 and a first separation section 16. The housing 14 houses the first separation section 16 and forms an internal space. The first separation section 16 is a member that separates the carbon dioxide contained in the raw material gas G0 from the impurity gas by either adsorption, absorption, or permeation. The first separation section 16 is arranged to divide the internal space in the housing 14 into two spaces. Hereinafter, the space to which the raw material gas G0 is supplied of the pair of spaces separated by the first separation section 16 is referred to as the "supply space Vs1", and the other space is referred to as the "processing space Vd1". That is, the first separation section 16 is arranged to separate the supply space Vs1 (first supply space) and the processing space Vd1 (first processing space).

第1分離部16は、原料ガスG0内の二酸化炭素を選択的に透過する分離膜18を含んでいてもよい。本開示において、一の成分を選択的に透過するとは、供給されるガス内に含まれる各種成分のうちの当該一の成分の透過量が夾雑ガス成分の透過量よりも大きくなるように、ガスの一部を透過することである。分離膜18は、原料ガスG0内に含まれる各種成分のうちの二酸化炭素を夾雑ガス成分に比べて透過させやすい性質を有する膜である。分離膜18として、原料ガスG0内に含まれる各種成分のうちの二酸化炭素及び水蒸気を、夾雑ガス成分(例えば、窒素、酸素、及び水素等)に比べて透過させやすい性質を有する膜が用いられてもよい。分離膜18は、アルカリ性の材料によって構成されていてもよい。 The first separation section 16 may include a separation membrane 18 that selectively allows carbon dioxide in the raw gas G0 to pass through. In the present disclosure, selectively allowing one component to pass through means allowing a portion of the gas to pass through such that the amount of the one component among the various components contained in the supplied gas is greater than the amount of the impurity gas components. The separation membrane 18 is a membrane that has a property that allows carbon dioxide, one of the various components contained in the raw gas G0, to pass through more easily than the impurity gas components. As the separation membrane 18, a membrane that has a property that allows carbon dioxide and water vapor, one of the various components contained in the raw gas G0, to pass through more easily than the impurity gas components (e.g., nitrogen, oxygen, and hydrogen, etc.) may be used. The separation membrane 18 may be made of an alkaline material.

分離膜18は、例えば、塩基性官能基を有するゲル化性高分子粒子を含む単層膜を含んでいる。ゲル化性高分子粒子とは、水中または極性溶媒中にて膨潤してゲル状の微粒子となる性質を有する高分子粒子である。ゲル化性高分子粒子は、例えば、塩基性分子が含浸した中性、アルカリ性又は酸性の高分子化合物の粒子であってもよい。ゲル化性高分子粒子を含む上記単層膜の厚さは、50μm未満であってもよい。ゲル化性高分子粒子に含まれる官能基は、アミノ基、アンモニウム基、カルボン酸、及び硫酸からなる群より選択される1以上の官能基であってもよい。ゲル化性高分子粒子を構成する高分子化合物は、塩基性官能基又は酸性官能基を有するモノマーを含むモノマー成分の重合体であってもよい。含浸する塩基性分子は、分子量が61~10000のアミン含有化合物を含んでいてもよく、上記アミン含有化合物の共役酸のpKaが5~10であってもよい。含浸する塩基性分子は、水酸基、カルボン酸基、又はスルホン酸基を有していてもよい。あるいは、含浸する塩基性分子は、複数のアミノ基又は複数の水酸基を有していてもよい。 The separation membrane 18 includes, for example, a monolayer membrane including gelling polymer particles having a basic functional group. The gelling polymer particles are polymer particles that have the property of swelling in water or a polar solvent to become gel-like fine particles. The gelling polymer particles may be, for example, particles of a neutral, alkaline, or acidic polymer compound impregnated with basic molecules. The thickness of the monolayer membrane including the gelling polymer particles may be less than 50 μm. The functional group included in the gelling polymer particles may be one or more functional groups selected from the group consisting of an amino group, an ammonium group, a carboxylic acid, and a sulfuric acid. The polymer compound constituting the gelling polymer particles may be a polymer of a monomer component including a monomer having a basic functional group or an acidic functional group. The basic molecule to be impregnated may include an amine-containing compound having a molecular weight of 61 to 10,000, and the pKa of the conjugate acid of the amine-containing compound may be 5 to 10. The basic molecule to be impregnated may have a hydroxyl group, a carboxylic acid group, or a sulfonic acid group. Alternatively, the basic molecule to be impregnated may have multiple amino groups or multiple hydroxyl groups.

上記モノマーは、置換アクリルアミドモノマーを含んでもよく、N-(アミノアルキル)アクリルアミドを含んでもよく、カルボン酸又はスルホン酸を含んでいてもよい。上記モノマー成分において、カルボン酸又はスルホン酸を有するモノマーの割合が1~95モル%であってもよく、5~95モル%であってもよい。上記モノマー成分は、カルボン酸又はスルホン酸を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーを含んでいてもよい。この場合、カルボン酸又はスルホン酸を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーとのモル比が、1:95~95:5であってもよい。カルボン酸を有するモノマーがメタクリル酸又はアクリル酸であり、疎水性基を有するモノマーがN-アルキルアクリルアミドであってもよい。あるいは、スルホン酸を有するモノマーがアクリルアミドt-ブチルスルホン酸又はビニルスルホン酸であり、疎水性基を有するモノマーがN-アルキルアクリルアミドであってもよい。 The monomer may include a substituted acrylamide monomer, an N-(aminoalkyl)acrylamide, or a carboxylic acid or sulfonic acid. In the monomer component, the ratio of the monomer having a carboxylic acid or sulfonic acid may be 1 to 95 mol %, or may be 5 to 95 mol %. The monomer component may include a monomer having a carboxylic acid or sulfonic acid and a monomer having a hydrophobic group. In this case, the molar ratio of the monomer having a carboxylic acid or sulfonic acid to the monomer having a hydrophobic group may be 1:95 to 95:5. The monomer having a carboxylic acid may be methacrylic acid or acrylic acid, and the monomer having a hydrophobic group may be an N-alkylacrylamide. Alternatively, the monomer having a sulfonic acid may be an acrylamide t-butylsulfonic acid or vinylsulfonic acid, and the monomer having a hydrophobic group may be an N-alkylacrylamide.

第1分離部16は、分離膜18を支持する担体18aを更に含んでもよい。この担体18aは、多孔質の材料(例えば、多孔質のフィルム)であってもよい。ゲル化性高分子粒子を含む上記単層膜は、ゲル化性高分子粒子を含む水溶液が多孔質のフィルムの表面に塗布され、当該水溶液を乾燥させる工程を経て形成されてもよい。ゲル化性高分子粒子は、多孔質の担体18aに含まれる表面細孔を閉塞する程度の大きさを有していてもよい。ゲル化性高分子粒子の粒子径は、多孔質の担体18aの表面細孔よりも大きくてもよい。多孔質の担体18aは、互いに逆向きの第1面と第2面とを有しており、第1面において表面細孔が上記高分子粒子で閉塞され、第2面において表面細孔が上記高分子粒子で閉塞されていなくてもよい。この場合、第1面が供給空間Vs1を向き、第2面が処理空間Vd1を向くように分離膜18と担体18aとが配置されていてもよい。担体18aは、その表面に上記表面細孔よりも十分大きく規則的な凹凸構造を有していてもよい。 The first separation section 16 may further include a carrier 18a supporting the separation membrane 18. The carrier 18a may be a porous material (for example, a porous film). The monolayer membrane containing gelling polymer particles may be formed through a process in which an aqueous solution containing gelling polymer particles is applied to the surface of a porous film and the aqueous solution is dried. The gelling polymer particles may have a size that is large enough to block the surface pores contained in the porous carrier 18a. The particle diameter of the gelling polymer particles may be larger than the surface pores of the porous carrier 18a. The porous carrier 18a has a first surface and a second surface that are opposite to each other, and the surface pores on the first surface may be blocked by the polymer particles, and the surface pores on the second surface may not be blocked by the polymer particles. In this case, the separation membrane 18 and the carrier 18a may be arranged so that the first surface faces the supply space Vs1 and the second surface faces the treatment space Vd1. The carrier 18a may have a regular uneven structure on its surface that is sufficiently larger than the surface pores.

原料ガス供給部22は、第1分離モジュール12の供給空間Vs1に原料ガスG0を供給する。原料ガス供給部22は、上述したように、工場等から排出される燃焼後排ガスを原料ガスG0として供給空間Vs1に供給してもよい。原料ガス供給部22から原料ガスG0が供給される供給空間Vs1の圧力は、100kPa程度(1気圧と同程度)であってもよい。一方、処理空間Vd1の圧力は、供給空間Vs1の圧力よりも低い圧力に維持されていてもよい。例えば、処理空間Vd1の圧力は50kPa以下であってもよく、20kPa以下であってもよい。処理空間Vd1が実質的に真空状態に維持されていてもよい。分離膜18に含まれる高分子粒子の径が、多孔質の担体18aが有する孔径よりも大きい場合、第1分離部16は、処理空間Vd1と供給空間Vs1との間の圧力差によっても破損し難くなる。 The raw gas supply unit 22 supplies the raw gas G0 to the supply space Vs1 of the first separation module 12. As described above, the raw gas supply unit 22 may supply post-combustion exhaust gas discharged from a factory or the like as the raw gas G0 to the supply space Vs1. The pressure of the supply space Vs1 to which the raw gas G0 is supplied from the raw gas supply unit 22 may be about 100 kPa (equivalent to 1 atmosphere). On the other hand, the pressure of the processing space Vd1 may be maintained at a pressure lower than the pressure of the supply space Vs1. For example, the pressure of the processing space Vd1 may be 50 kPa or less, or 20 kPa or less. The processing space Vd1 may be maintained in a substantially vacuum state. When the diameter of the polymer particles contained in the separation membrane 18 is larger than the pore diameter of the porous carrier 18a, the first separation unit 16 is less likely to be damaged by the pressure difference between the processing space Vd1 and the supply space Vs1.

第1処理部10は、水蒸気供給部24を更に有する。水蒸気供給部24は、処理空間Vd1に水蒸気を含むガスを供給する。水蒸気供給部24によって水蒸気を含むガス(以下、「水蒸気含有ガスGs」という。)が処理空間Vd1に供給されることで、第1分離部16による二酸化炭素の分離(分離膜18での二酸化炭素の透過)が促進される。具体的には、水蒸気含有ガスGsの供給によって、処理空間Vd1において二酸化炭素が希釈化され、処理空間Vd1における二酸化炭素の分圧が、供給空間Vs1における二酸化炭素の分圧に比べて低くなる。その結果、水蒸気含有ガスGsを供給しない場合に比べて、第1分離部16によって、より多くの量の二酸化炭素が分離される。なお、分離膜18での二酸化炭素の透過を促進するために用いられる水蒸気含有ガスは、スイープガスとも称される。 The first processing unit 10 further includes a water vapor supply unit 24. The water vapor supply unit 24 supplies a gas containing water vapor to the processing space Vd1. The water vapor supply unit 24 supplies a gas containing water vapor (hereinafter referred to as "water vapor-containing gas Gs") to the processing space Vd1, thereby promoting the separation of carbon dioxide by the first separation unit 16 (permeation of carbon dioxide through the separation membrane 18). Specifically, the supply of the water vapor-containing gas Gs dilutes carbon dioxide in the processing space Vd1, and the partial pressure of carbon dioxide in the processing space Vd1 becomes lower than the partial pressure of carbon dioxide in the supply space Vs1. As a result, a larger amount of carbon dioxide is separated by the first separation unit 16 compared to the case where the water vapor-containing gas Gs is not supplied. The water vapor-containing gas used to promote the permeation of carbon dioxide through the separation membrane 18 is also called a sweep gas.

水蒸気供給部24から供給される水蒸気含有ガスGsの温度は、25℃~80℃であってもよい。あるいは、水蒸気含有ガスGsの温度は、30℃~70℃であってもよく、35℃~65℃であってもよい。水蒸気含有ガスGsの相対湿度は、50%以上であってもよく、60%以上であってもよく、70%以上であってもよい。水蒸気供給部24から供給される水蒸気含有ガスGsは、工場等において発生する排熱を利用して生成されてもよい。 The temperature of the water vapor-containing gas Gs supplied from the water vapor supply unit 24 may be 25°C to 80°C. Alternatively, the temperature of the water vapor-containing gas Gs may be 30°C to 70°C, or 35°C to 65°C. The relative humidity of the water vapor-containing gas Gs may be 50% or more, 60% or more, or 70% or more. The water vapor-containing gas Gs supplied from the water vapor supply unit 24 may be generated by utilizing exhaust heat generated in a factory, etc.

第1分離モジュール12は、原料ガスG0から二酸化炭素が取り出された後の残りのガスGd1を供給空間Vs1から放出する。第1分離モジュール12は、供給空間Vs1から外部にガスGd1を放出してもよい。第1分離モジュール12は、処理空間Vd1に分離された(供給空間Vs1から処理空間Vd1に透過した)二酸化炭素を含むガス(第1処理ガスG1)を処理空間Vd1から、第2処理部30に向けて放出する。この第1処理ガスG1には、二酸化炭素に加えて、第1分離部16の分離膜18を透過した原料ガスG0内の水蒸気と、水蒸気供給部24からの水蒸気含有ガスGs内の水蒸気とが含まれている。第1処理ガスG1の相対湿度は、例えば、50%以上であってもよく、60%以上であってもよく、70%以上であってもよい。 The first separation module 12 releases the remaining gas Gd1 after carbon dioxide is extracted from the raw gas G0 from the supply space Vs1. The first separation module 12 may release the gas Gd1 from the supply space Vs1 to the outside. The first separation module 12 releases the gas (first processing gas G1) containing carbon dioxide separated in the processing space Vd1 (permeated from the supply space Vs1 to the processing space Vd1) from the processing space Vd1 toward the second processing unit 30. In addition to carbon dioxide, this first processing gas G1 contains water vapor in the raw gas G0 that has permeated the separation membrane 18 of the first separation unit 16 and water vapor in the water vapor-containing gas Gs from the water vapor supply unit 24. The relative humidity of the first processing gas G1 may be, for example, 50% or more, 60% or more, or 70% or more.

第2処理部30は、第1処理ガスG1内の水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、第1処理ガスG1よりも二酸化炭素の純度が高いガスを生成する。以下、第2処理部30によって生成され、第1処理ガスG1よりも二酸化炭素の純度が高いガスを「第2処理ガスG2」と称する。第2処理部30は、第2分離モジュール32を有する。 The second processing unit 30 removes at least a portion of the water vapor in the first processing gas G1 to generate a gas having a higher carbon dioxide purity than the first processing gas G1. Hereinafter, the gas generated by the second processing unit 30 and having a higher carbon dioxide purity than the first processing gas G1 will be referred to as the "second processing gas G2." The second processing unit 30 has a second separation module 32.

第2分離モジュール32は、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除くことで、第1処理ガスG1に含まれる二酸化炭素を分離する。第2分離モジュール32は、例えば、筐体34と、第2分離部36とを含む。筐体34は、第2分離部36を収容すると共に、内部空間を形成する。第2分離部36は、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する部材である。第2分離部36は、筐体34内の内部空間を二つの空間に区画するように配置されている。以下、第2分離部36によって隔てられる一対の空間のうちの第1処理ガスG1が供給される空間を「供給空間Vs2」と称し、他方の空間を「処理空間Vd2」と称する。すなわち、第2分離部36は、供給空間Vs2(第2供給空間)と処理空間Vd2(第2処理空間)とを隔てるように配置されている。 The second separation module 32 separates the carbon dioxide contained in the first processing gas G1 by removing at least a portion of the water vapor contained in the first processing gas G1. The second separation module 32 includes, for example, a housing 34 and a second separation section 36. The housing 34 houses the second separation section 36 and forms an internal space. The second separation section 36 is a member that reduces the water vapor contained in the first processing gas G1 by either adsorption, absorption, or permeation. The second separation section 36 is arranged to divide the internal space in the housing 34 into two spaces. Hereinafter, the space to which the first processing gas G1 is supplied of the pair of spaces separated by the second separation section 36 is referred to as the "supply space Vs2", and the other space is referred to as the "processing space Vd2". That is, the second separation section 36 is arranged to separate the supply space Vs2 (second supply space) and the processing space Vd2 (second processing space).

第2分離部36は、第1処理ガスG1内の水蒸気を選択的に透過する分離膜38を含んでいてもよい。分離膜38は、第1処理ガスG1内に含まれる各種成分のうちの水蒸気を他の成分よりも透過させやすい性質を有する膜である。分離膜38は、イオン性の材料によって構成されていてもよい。 The second separation section 36 may include a separation membrane 38 that selectively allows water vapor in the first processing gas G1 to pass through. The separation membrane 38 is a membrane that has the property of allowing water vapor, one of the various components contained in the first processing gas G1, to pass through more easily than other components. The separation membrane 38 may be made of an ionic material.

分離膜38は、例えば、酸性官能基を有するゲル化性高分子粒子を含む単層膜を含んでいる。ゲル化性高分子粒子を含む上記単層膜の厚さは、500μm未満であってもよい。ゲル化性高分子粒子に含まれる酸性官能基が、カルボキシル基、及び硫酸基からなる群より選択される1以上の官能基、又は当該官能基とカチオンとの塩であってもよい。ゲル化性高分子粒子を構成する高分子化合物が、酸性官能基を有するモノマーを含むモノマー成分の重合体であってもよい。カルボキシル基を有する高分子化合物として、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミドt-ブチルスルホン酸、又はビニルスルホン酸を構成モノマーに含む高分子化合物が挙げられる。カチオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びマグネシウムイオン等が挙げられる。 The separation membrane 38 includes, for example, a monolayer membrane including gelling polymer particles having an acidic functional group. The thickness of the monolayer membrane including the gelling polymer particles may be less than 500 μm. The acidic functional group included in the gelling polymer particles may be one or more functional groups selected from the group consisting of a carboxyl group and a sulfate group, or a salt of the functional group and a cation. The polymer compound constituting the gelling polymer particles may be a polymer of a monomer component including a monomer having an acidic functional group. Examples of the polymer compound having a carboxyl group include a polymer compound including acrylic acid, methacrylic acid, acrylamido t-butylsulfonic acid, or vinylsulfonic acid as a constituent monomer. Examples of the cation include lithium ions, sodium ions, potassium ions, and magnesium ions.

第2分離部36は、分離膜38を支持する担体38aを更に含んでいてもよい。この担体38aは、分離膜18を支持する担体18a(多孔質の担体18a)と同様に構成されていてもよい。担体38aのうちの分離膜38が設けられた表面が、供給空間Vs2と処理空間Vd2とのうちの圧力が低い方の空間を向くように、分離膜38及び担体38aが配置されてもよい。なお、供給空間Vs2と処理空間Vd2との圧力差に基づいて、分離膜38と担体38aとの配置、及び分離膜38と担体38aとのそれぞれの面の構成が変更されてもよい。例えば、供給空間Vs2の圧力が処理空間Vd2の圧力よりも低い場合、分離膜38が、担体38aよりも供給空間Vs2側に配置されてもよい。 The second separation section 36 may further include a carrier 38a that supports the separation membrane 38. The carrier 38a may be configured similarly to the carrier 18a (porous carrier 18a) that supports the separation membrane 18. The separation membrane 38 and the carrier 38a may be arranged so that the surface of the carrier 38a on which the separation membrane 38 is provided faces the space with the lower pressure between the supply space Vs2 and the processing space Vd2. The arrangement of the separation membrane 38 and the carrier 38a and the configuration of each surface of the separation membrane 38 and the carrier 38a may be changed based on the pressure difference between the supply space Vs2 and the processing space Vd2. For example, when the pressure of the supply space Vs2 is lower than the pressure of the processing space Vd2, the separation membrane 38 may be arranged closer to the supply space Vs2 than the carrier 38a.

第2処理部30は、再生ガス供給部42を更に有する。再生ガス供給部42は、第1処理ガスG1よりも水蒸気圧が低い再生ガスGrを処理空間Vd2に供給する。再生ガスGrの温度は、第1処理部10の水蒸気供給部24によって供給される水蒸気含有ガスGsの温度よりも低くてもよい。再生ガスGrの相対湿度は、例えば、30%~80%であってもよく、35%~75%であってもよく、40%~70%であってもよい。再生ガスGrの温度は、例えば、0℃~45℃であってもよく、5℃~40℃であってもよく、10℃~35℃であってもよい。 The second processing unit 30 further has a regeneration gas supply unit 42. The regeneration gas supply unit 42 supplies the regeneration gas Gr, which has a lower water vapor pressure than the first processing gas G1, to the processing space Vd2. The temperature of the regeneration gas Gr may be lower than the temperature of the water vapor-containing gas Gs supplied by the water vapor supply unit 24 of the first processing unit 10. The relative humidity of the regeneration gas Gr may be, for example, 30% to 80%, 35% to 75%, or 40% to 70%. The temperature of the regeneration gas Gr may be, for example, 0°C to 45°C, 5°C to 40°C, or 10°C to 35°C.

再生ガス供給部42は、再生ガスGrとして空気を処理空間Vd2に供給してもよい。再生ガス供給部42が再生ガスGrとして空気を処理空間Vd2に供給する場合、上述した再生ガスGrの温度及び相対湿度は、所定の期間(例えば、1日、1週間、1月又は1年)における平均値で表される。第2分離モジュール32は、第1処理ガスG1から取り除いた水蒸気を含むガスGd2を処理空間Vd2から放出する。第2分離モジュール32は、ガスGd2を外部に放出してもよい。第2分離モジュール32は、供給空間Vs2において水蒸気が除去された後のガス(第2処理ガスG2)を吸引部50に放出する。 The regeneration gas supply unit 42 may supply air as the regeneration gas Gr to the processing space Vd2. When the regeneration gas supply unit 42 supplies air as the regeneration gas Gr to the processing space Vd2, the temperature and relative humidity of the regeneration gas Gr described above are expressed as average values over a predetermined period (e.g., one day, one week, one month, or one year). The second separation module 32 releases gas Gd2 containing water vapor removed from the first processing gas G1 from the processing space Vd2. The second separation module 32 may release gas Gd2 to the outside. The second separation module 32 releases the gas (second processing gas G2) from which water vapor has been removed in the supply space Vs2 to the suction unit 50.

吸引部50は、第1処理部10の処理空間Vd1内のガスを吸引する。吸引部50は、供給空間Vs2を介して処理空間Vd1内のガスを吸引してもよい。この場合、処理空間Vd1、供給空間Vs2、及び吸引部50は、ガスの流路を介して互いに接続されていてもよい。吸引部50は、処理空間Vd1を減圧させるコンプレッサ(圧縮機)又はポンプ(例えば、真空ポンプ)であってもよい。この場合、処理空間Vd1及び供給空間Vs2の圧力が低下する。吸引部50によって処理空間Vd1の圧力が、供給空間Vs1の圧力よりも低い値(例えば、上述した50kPa以下)に維持されてもよい。 The suction unit 50 sucks gas in the processing space Vd1 of the first processing unit 10. The suction unit 50 may suck gas in the processing space Vd1 through the supply space Vs2. In this case, the processing space Vd1, the supply space Vs2, and the suction unit 50 may be connected to each other through a gas flow path. The suction unit 50 may be a compressor or a pump (e.g., a vacuum pump) that reduces the pressure of the processing space Vd1. In this case, the pressure of the processing space Vd1 and the supply space Vs2 decreases. The pressure of the processing space Vd1 may be maintained by the suction unit 50 at a value lower than the pressure of the supply space Vs1 (e.g., 50 kPa or less as described above).

吸引部50によるガスの吸引によって、処理空間Vd1からの第1処理ガスG1の放出、及び供給空間Vs1からの第2処理ガスG2の放出が促進される。吸引部50は、第2処理ガスG2を吸引すると共に、吸引した第2処理ガスG2を分離ガスGcとして回収装置1の外部に送り出してもよい。また、吸引部50は、処理空間Vd1を介して水蒸気供給部24内の圧力を低い値に維持してもよい。これにより、水蒸気供給部24において、水蒸気を効率的に生成することが可能である。処理空間Vd1への水蒸気の供給量を調整するために、水蒸気供給部24と処理空間Vd1との間に圧力調整弁又は流量調整弁が設けられてもよい。あるいは、水蒸気供給部24に投入される熱量が制御されてもよい。この制御により、水蒸気供給部24における水蒸気の生成量(処理空間Vd1への水蒸気の供給量)が調節されてもよい。 The suction of gas by the suction unit 50 promotes the release of the first processing gas G1 from the processing space Vd1 and the release of the second processing gas G2 from the supply space Vs1. The suction unit 50 may suck in the second processing gas G2 and send the sucked second processing gas G2 to the outside of the recovery device 1 as a separated gas Gc. The suction unit 50 may also maintain the pressure in the water vapor supply unit 24 at a low value through the processing space Vd1. This makes it possible to efficiently generate water vapor in the water vapor supply unit 24. In order to adjust the amount of water vapor supplied to the processing space Vd1, a pressure adjustment valve or a flow rate adjustment valve may be provided between the water vapor supply unit 24 and the processing space Vd1. Alternatively, the amount of heat input to the water vapor supply unit 24 may be controlled. This control may adjust the amount of water vapor generated in the water vapor supply unit 24 (the amount of water vapor supplied to the processing space Vd1).

[二酸化炭素の回収方法]
続いて、二酸化炭素の回収方法の一例として、上述の回収装置1を用いる場合の回収方法を説明する。回収装置1を用いた回収方法は、少なくとも、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素を透過によって夾雑ガスから分離する第1分離部16を用いて、原料ガスG0内の二酸化炭素の少なくとも一部を取り出すことで、原料ガスG0よりも夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きい第1処理ガスG1を生成する工程(第1工程)を含む。また、上記回収方法は、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気を透過によって低減させる第2分離部36を用いて、第1処理ガスG1内の水蒸気の少なくとも一部を取り除くことで、第1処理ガスG1よりも二酸化炭素の純度が高い第2処理ガスG2を生成する工程(第2工程)を含む。第2処理ガスG2を生成する工程では、第1処理ガスG1よりも水蒸気圧が低い再生ガスGrが更に利用される。
[Method of capturing carbon dioxide]
Next, as an example of a carbon dioxide recovery method, a recovery method using the above-mentioned recovery device 1 will be described. The recovery method using the recovery device 1 includes at least a step (first step) of generating a first processing gas G1 having a higher ratio of carbon dioxide to impurity gas than the raw material gas G0 by extracting at least a part of the carbon dioxide in the raw material gas G0 using a first separation section 16 that separates the carbon dioxide contained in the raw material gas G0 from the impurity gas by permeation. The recovery method also includes a step (second step) of generating a second processing gas G2 having a higher carbon dioxide purity than the first processing gas G1 by removing at least a part of the water vapor in the first processing gas G1 using a second separation section 36 that reduces the water vapor contained in the first processing gas G1 by permeation. In the step of generating the second processing gas G2, a regeneration gas Gr having a water vapor pressure lower than that of the first processing gas G1 is further utilized.

詳細に説明すると、まず、第1処理部10において、第1分離モジュール12の供給空間Vs1に原料ガス供給部22から原料ガスG0が供給される。原料ガスG0の供給と合わせて、第1分離モジュール12の処理空間Vd1は、吸引部50によって減圧されていると共に、処理空間Vd1には水蒸気供給部24から水蒸気含有ガスGsが供給されている。そのため、供給空間Vs1と処理空間Vd1とにおいて、二酸化炭素の分圧の差が生じ、供給空間Vs1に供給された原料ガスG0内に含まれる二酸化炭素の少なくとも一部が、第1分離部16(分離膜18)を透過して処理空間Vd1に送り出される。 In more detail, first, in the first processing unit 10, the raw material gas G0 is supplied from the raw material gas supply unit 22 to the supply space Vs1 of the first separation module 12. In conjunction with the supply of the raw material gas G0, the processing space Vd1 of the first separation module 12 is depressurized by the suction unit 50, and the water vapor-containing gas Gs is supplied to the processing space Vd1 from the water vapor supply unit 24. Therefore, a difference in partial pressure of carbon dioxide occurs between the supply space Vs1 and the processing space Vd1, and at least a portion of the carbon dioxide contained in the raw material gas G0 supplied to the supply space Vs1 permeates the first separation unit 16 (separation membrane 18) and is sent to the processing space Vd1.

処理空間Vd1は吸引部50によって吸引されているので、第1分離部16を透過した二酸化炭素と水蒸気とを含む第1処理ガスG1が処理空間Vd1から第2処理部30に向けて流通する。第1処理ガスG1には、第1分離部16の分離膜18によって選択的に分離された二酸化炭素が含まれるので、第1処理ガスG1の夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合は、原料ガスG0の夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合よりも大きくなる。第2処理部30に流通した第1処理ガスG1は、第2処理部30において、第2分離モジュール32の供給空間Vs2に供給される。 Since the processing space Vd1 is sucked by the suction section 50, the first processing gas G1 containing carbon dioxide and water vapor that has permeated the first separation section 16 flows from the processing space Vd1 toward the second processing section 30. Since the first processing gas G1 contains carbon dioxide selectively separated by the separation membrane 18 of the first separation section 16, the ratio of carbon dioxide to impurity gases in the first processing gas G1 is greater than the ratio of carbon dioxide to impurity gases in the raw material gas G0. The first processing gas G1 that has flowed to the second processing section 30 is supplied to the supply space Vs2 of the second separation module 32 in the second processing section 30.

供給空間Vs2への第1処理ガスG1の供給と合わせて、第2分離モジュール32の処理空間Vd2には再生ガス供給部42から再生ガスGrが供給されている。これにより、第2分離モジュール32の第2分離部36(分離膜38)によって、供給空間Vs2に供給された第1処理ガスG1から水蒸気が取り除かれる。具体的には、供給空間Vs2に供給された第1処理ガスG1内の水蒸気の一部が、第2分離部36(分離膜38)を透過して処理空間Vd2に送り出される。この際、再生ガスGrの水蒸気圧が第1処理ガスG1の水蒸気圧よりも低いので、供給空間Vs2内のガスの水蒸気圧が、処理空間Vd2内の水蒸気圧と同程度まで低下し得る。すなわち、供給空間Vs2内のガスの相対湿度が100%未満になり得る。また、再生ガスGrの温度は、水蒸気含有ガスGsの温度よりも低いので、第1処理ガスG1の温度よりも低くなり得る。この場合、供給空間Vs2内のガスが、再生ガスGrによって冷却されるので、供給空間Vs2内のガスの温度が再生ガスGrと同程度の温度まで低下する。 In addition to the supply of the first processing gas G1 to the supply space Vs2, the processing space Vd2 of the second separation module 32 is supplied with the regeneration gas Gr from the regeneration gas supply unit 42. As a result, the second separation unit 36 (separation membrane 38) of the second separation module 32 removes water vapor from the first processing gas G1 supplied to the supply space Vs2. Specifically, a portion of the water vapor in the first processing gas G1 supplied to the supply space Vs2 permeates the second separation unit 36 (separation membrane 38) and is sent to the processing space Vd2. At this time, since the water vapor pressure of the regeneration gas Gr is lower than the water vapor pressure of the first processing gas G1, the water vapor pressure of the gas in the supply space Vs2 can be reduced to the same level as the water vapor pressure in the processing space Vd2. That is, the relative humidity of the gas in the supply space Vs2 can be less than 100%. In addition, since the temperature of the regeneration gas Gr is lower than the temperature of the water vapor-containing gas Gs, it can be lower than the temperature of the first processing gas G1. In this case, the gas in the supply space Vs2 is cooled by the regeneration gas Gr, so the temperature of the gas in the supply space Vs2 drops to approximately the same temperature as the regeneration gas Gr.

供給空間Vs2は吸引部50によって吸引されているので、第2分離部36によって温度が低下し、且つ水蒸気が除去された後の残りの第2処理ガスG2が供給空間Vs2から吸引部50に向けて送り出される。第2処理ガスG2内の水蒸気量は、第2分離部36による水蒸気の除去によって、当該第2処理ガスG2の飽和水蒸気量よりも低い値に低下している。また、第2処理ガスG2の温度は、再生ガスGrが処理空間Vd2に供給されることで第1処理ガスG1の温度よりも低下する。吸引部50によって吸引された第2処理ガスG2は、分離ガスGcとして回収装置1の外部に送り出される。第2処理ガスG2の二酸化炭素の濃度(純度)は、第2分離部36による水蒸気の除去によって、第1処理ガスG1の二酸化炭素の濃度(純度)よりも高くなる。以上により、吸引部50から放出される分離ガスGcの二酸化炭素の濃度は、回収装置1に供給される原料ガスG0の二酸化炭素の濃度よりも高くなる。すなわち、二酸化炭素が濃縮されたガス(夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が上昇したガス)が回収装置1によって回収される。 Since the supply space Vs2 is sucked by the suction section 50, the temperature is lowered by the second separation section 36, and the remaining second processing gas G2 after the water vapor is removed is sent from the supply space Vs2 toward the suction section 50. The amount of water vapor in the second processing gas G2 is lowered to a value lower than the saturated water vapor amount of the second processing gas G2 by the removal of water vapor by the second separation section 36. In addition, the temperature of the second processing gas G2 is lowered to a value lower than the temperature of the first processing gas G1 by the supply of the regeneration gas Gr to the processing space Vd2. The second processing gas G2 sucked by the suction section 50 is sent to the outside of the recovery device 1 as a separated gas Gc. The concentration (purity) of carbon dioxide in the second processing gas G2 is higher than the concentration (purity) of carbon dioxide in the first processing gas G1 by the removal of water vapor by the second separation section 36. As a result, the carbon dioxide concentration of the separated gas Gc discharged from the suction section 50 becomes higher than the carbon dioxide concentration of the raw gas G0 supplied to the recovery device 1. In other words, a gas in which carbon dioxide is concentrated (a gas in which the ratio of carbon dioxide to impurity gases is increased) is recovered by the recovery device 1.

[変形例1]
二酸化炭素の回収装置は、原料ガスG0内の二酸化炭素の夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合を上昇させるために、二酸化炭素を選択的に透過する分離膜に代えて、二酸化炭素の吸収又は吸着と放出とを行う材料を用いてもよい。図2は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。図2に示される二酸化炭素の回収装置1Aでは、第1分離モジュール12の第1分離部16が、分離膜18に代えて、原料ガスG0内の二酸化炭素の吸着又は吸収を選択的に行う材料18Aを含んでいる。
[Modification 1]
In order to increase the ratio of carbon dioxide to impurity gases in the raw gas G0, the carbon dioxide recovery device may use a material that absorbs or adsorbs and releases carbon dioxide instead of a separation membrane that selectively permeates carbon dioxide. Fig. 2 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide recovery device. In the carbon dioxide recovery device 1A shown in Fig. 2, the first separation section 16 of the first separation module 12 includes a material 18A that selectively adsorbs or absorbs carbon dioxide in the raw gas G0 instead of a separation membrane 18.

材料18Aを含む第1分離部16は、分離膜18を含む第1分離部16と同様に、供給空間Vs1(第1供給空間)と処理空間Vd1(第1処理空間)とを隔てるように配置されている。本開示において、一の成分の吸収(吸着)を選択的に行うとは、供給されるガスに含まれる各種成分のうちの当該一の成分の吸収(吸着)量が他の成分の吸収量よりも多くなるように、ガスの一部を吸収(吸着)することである。材料18Aは、原料ガスG0内に含まれる各種成分のうちの二酸化炭素を他の成分に比べて吸着しやすい性質を有する吸着材であってもよく、二酸化炭素を他の成分に比べて吸収しやすい性質を有する吸収材であってもよい。材料18Aが吸着材である場合、材料18Aは、活性炭又はシリカゲルから構成されていてもよい。 The first separation section 16 including the material 18A is arranged to separate the supply space Vs1 (first supply space) from the processing space Vd1 (first processing space) in the same manner as the first separation section 16 including the separation membrane 18. In this disclosure, selectively absorbing (adsorbing) one component means absorbing (adsorbing) a part of the gas so that the absorption (adsorption) amount of the one component among the various components contained in the supplied gas is greater than the absorption amount of the other components. The material 18A may be an adsorbent having a property that is more likely to adsorb carbon dioxide among the various components contained in the raw gas G0 than other components, or may be an absorbent having a property that is more likely to absorb carbon dioxide than other components. When the material 18A is an adsorbent, the material 18A may be made of activated carbon or silica gel.

材料18Aが吸収材である場合、材料18Aは、分離膜18と同様に、アルカリ性の材料によって構成されてもよい。材料18Aは、例えば、アミノ基を有する高分子化合物粒子を含む。この高分子化合物粒子は、ヒドロゲル粒子であってもよい。高分子化合物粒子を構成する高分子化合物は、アミノ基を有するモノマーを含むモノマー成分の重合体であってもよい。上記モノマーは、置換アクリルアミドモノマーを含んでもよく、N-(アミノアルキル)アクリルアミドを含んでもよく、3級アミノ基を含んでいてもよい。上記モノマー成分において、アミノ基を有するモノマーの割合が5~99モル%であってもよい。 When material 18A is an absorbent, material 18A may be composed of an alkaline material, similar to separation membrane 18. Material 18A includes, for example, polymer compound particles having an amino group. The polymer compound particles may be hydrogel particles. The polymer compound constituting the polymer compound particles may be a polymer of a monomer component including a monomer having an amino group. The monomer may include a substituted acrylamide monomer, may include an N-(aminoalkyl)acrylamide, or may include a tertiary amino group. In the monomer component, the proportion of the monomer having an amino group may be 5 to 99 mol %.

上記モノマー成分が、アミノ基を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーを含んでいてもよい。この場合、アミノ基を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーのモル比が、1:99~99:1であってもよい。アミノ基を有するモノマーがN-(アミノアルキル)アクリルアミドであり、疎水性基を有するモノマーがN-アルキルアクリルアミドであってもよい。第1分離部16は、担体18aに代えて、材料18Aを支持する担体19Aを含んでいてもよい。この場合、材料18Aは、担体19A上に設けられ、アミノ基を有する高分子化合物のゲル粒子を含む膜であってもよい。あるいは、材料18Aは、担体19A上に、層状に形成されたゲル粒子を含む複数の膜であってもよい。担体19Aは、平板上の板、シート、箔、繊維集合体であってもよい。担体19Aは、多孔質体又はハニカム構造体であってもよい。担体19Aは、高分子化合物微粒子の粉末であってもよく、当該粉末を造粒した粒子であってもよい。当該粉末および粒子は、カーボン又はシリカ等の1次粒子径が100ナノメートル以下のフィラーを含んでいてもよい。 The monomer components may include a monomer having an amino group and a monomer having a hydrophobic group. In this case, the molar ratio of the monomer having an amino group to the monomer having a hydrophobic group may be 1:99 to 99:1. The monomer having an amino group may be N-(aminoalkyl)acrylamide, and the monomer having a hydrophobic group may be N-alkylacrylamide. The first separation section 16 may include a carrier 19A supporting the material 18A instead of the carrier 18a. In this case, the material 18A may be a film provided on the carrier 19A and containing gel particles of a polymer compound having an amino group. Alternatively, the material 18A may be a plurality of films containing gel particles formed in a layer on the carrier 19A. The carrier 19A may be a plate on a flat plate, a sheet, a foil, or a fiber aggregate. The carrier 19A may be a porous body or a honeycomb structure. The carrier 19A may be a powder of polymer compound fine particles, or may be particles obtained by granulating the powder. The powders and particles may contain fillers such as carbon or silica with a primary particle size of 100 nanometers or less.

回収装置1Aでは、水蒸気供給部24は、水蒸気を含む水蒸気含有ガスGsを供給空間Vs1に供給する。処理空間Vd1内のガスは、回収装置1と同様に、吸引部50によって吸引される。供給空間Vs1と原料ガス供給部22との間のガスの流路、及び供給空間Vs1と水蒸気供給部24との間のガスの流路には、それぞれバルブ(不図示)が設けられてもよい。処理空間Vd1から外部にガスGd1が排出されるガスの流路、及び処理空間Vd1と第2処理部30の供給空間Vs2との間のガスの流路には、それぞれバルブ(不図示)が設けられてもよい。不図示の制御装置によって、これらのバルブの開閉状態がそれぞれ切り替えられてもよい。 In the recovery apparatus 1A, the water vapor supply unit 24 supplies a water vapor-containing gas Gs containing water vapor to the supply space Vs1. The gas in the processing space Vd1 is sucked by the suction unit 50, as in the recovery apparatus 1. Valves (not shown) may be provided in the gas flow path between the supply space Vs1 and the raw gas supply unit 22 and the gas flow path between the supply space Vs1 and the water vapor supply unit 24. Valves (not shown) may be provided in the gas flow path through which the gas Gd1 is discharged from the processing space Vd1 to the outside and in the gas flow path between the processing space Vd1 and the supply space Vs2 of the second processing unit 30. The open/closed states of these valves may be switched by a control device (not shown).

以上に例示した回収装置1Aを用いた二酸化炭素の回収方法を説明すると、まず、原料ガス供給部22から第1分離モジュール12の供給空間Vs1に原料ガスG0が供給される。この際、水蒸気供給部24からの水蒸気含有ガスGsの供給、及び吸引部50による処理空間Vd1内の吸引は停止している。供給空間Vs1に供給された原料ガスG0に含まれる二酸化炭素の少なくとも一部は、材料18Aに吸収される(吸着される)。原料ガスG0は、材料18Aによって二酸化炭素が吸収されつつ処理空間Vd1に送り込まれ、材料18Aによって二酸化炭素が吸収された後の残りのガスが、ガスGd1として処理空間Vd1から排出される。以上の状態が所定期間継続されることで、材料18Aに二酸化炭素が貯留される。 The carbon dioxide recovery method using the recovery device 1A exemplified above will be described. First, the raw gas G0 is supplied from the raw gas supply unit 22 to the supply space Vs1 of the first separation module 12. At this time, the supply of the water vapor-containing gas Gs from the water vapor supply unit 24 and the suction of the processing space Vd1 by the suction unit 50 are stopped. At least a portion of the carbon dioxide contained in the raw gas G0 supplied to the supply space Vs1 is absorbed (adsorbed) by the material 18A. The raw gas G0 is sent to the processing space Vd1 while the carbon dioxide is absorbed by the material 18A, and the remaining gas after the carbon dioxide is absorbed by the material 18A is discharged from the processing space Vd1 as gas Gd1. The above state continues for a predetermined period of time, and carbon dioxide is stored in the material 18A.

材料18Aに二酸化炭素を貯留させた後に、原料ガス供給部22からの原料ガスG0の供給、及び処理空間Vd1からの外部へのガスGd1の排出を停止し、水蒸気供給部24から供給空間Vs1に水蒸気含有ガスGsを供給させると共に、処理空間Vd1と第2処理部30の供給空間Vs2との間の流路を開放する。これにより、供給空間Vs1に供給された水蒸気含有ガスGsが、材料18Aに貯留されている二酸化炭素を処理空間Vd1に送り出し、処理空間Vd1に送り出された後の二酸化炭素を含むガスが、第1処理ガスG1として供給空間Vs2に向けて供給される。第1処理ガスG1は、材料18Aに貯留されていた二酸化炭素を含むので、原料ガスG0よりも夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きくなる。第2処理部30及び吸引部50では、上述の回収装置1と同様に第2処理ガスG2及び分離ガスGcが生成及び送り出される。 After carbon dioxide is stored in the material 18A, the supply of the raw material gas G0 from the raw material gas supply unit 22 and the discharge of the gas Gd1 from the processing space Vd1 to the outside are stopped, and the water vapor-containing gas Gs is supplied from the water vapor supply unit 24 to the supply space Vs1, and the flow path between the processing space Vd1 and the supply space Vs2 of the second processing unit 30 is opened. As a result, the water vapor-containing gas Gs supplied to the supply space Vs1 sends the carbon dioxide stored in the material 18A to the processing space Vd1, and the gas containing carbon dioxide after being sent to the processing space Vd1 is supplied to the supply space Vs2 as the first processing gas G1. Since the first processing gas G1 contains the carbon dioxide stored in the material 18A, the ratio of carbon dioxide to impurity gases is higher than that of the raw material gas G0. In the second processing unit 30 and the suction unit 50, the second processing gas G2 and the separated gas Gc are generated and sent out in the same manner as in the above-mentioned recovery device 1.

[変形例2]
二酸化炭素の回収装置は、第1処理ガスG1内の水蒸気の少なくとも一部を除去するために、複数の第2処理部及び複数の吸引部を備えてもよい。図3は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。図3に示される二酸化炭素の回収装置1Bは、第2処理部30に代えて、第2処理部30aと第2処理部30bとを備え、吸引部50に代えて、吸引部50aと吸引部50bとを備える。第2処理部30a,30bはそれぞれ第2処理部30と同様に構成されており、吸引部50a,50bはそれぞれ吸引部50と同様の機能を有する。回収装置1Bにおいて、吸引部50bによって減圧される供給空間Vs2の圧力は、吸引部50aによって減圧される供給空間Vs2の圧力よりも高くてもよい。
[Modification 2]
The carbon dioxide recovery device may include a plurality of second processing units and a plurality of suction units in order to remove at least a portion of the water vapor in the first processing gas G1. FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide recovery device. The carbon dioxide recovery device 1B shown in FIG. 3 includes a second processing unit 30a and a second processing unit 30b instead of the second processing unit 30, and includes a suction unit 50a and a suction unit 50b instead of the suction unit 50. The second processing units 30a and 30b are each configured similarly to the second processing unit 30, and the suction units 50a and 50b have the same function as the suction unit 50. In the recovery device 1B, the pressure of the supply space Vs2 decompressed by the suction unit 50b may be higher than the pressure of the supply space Vs2 decompressed by the suction unit 50a.

この回収装置1Bを用いた二酸化炭素の回収方法を説明すると、図1に例示の回収装置1と同様に、第1処理部10(第1分離モジュール12)から第1処理ガスG1が第2処理部30aの供給空間Vs2に供給される。第2処理部30aの第2分離モジュール32において、第2分離部36によって第1処理ガスG1内の水蒸気の少なくとも一部が除去されることで、第2処理ガスG21が生成される。第2処理ガスG21の二酸化炭素の純度は、第1処理ガスG1の二酸化炭素の純度よりも高い。第2処理部30aの供給空間Vs2内のガスが吸引部50aによって吸引、圧縮され、二酸化炭素分圧及び水蒸気圧が上昇した第2処理ガスG21となる。当該第2処理ガスG21が第2処理部30bの供給空間Vs2に供給される。 The carbon dioxide recovery method using the recovery device 1B will be described. As with the recovery device 1 illustrated in FIG. 1, the first processing gas G1 is supplied from the first processing unit 10 (first separation module 12) to the supply space Vs2 of the second processing unit 30a. In the second separation module 32 of the second processing unit 30a, at least a portion of the water vapor in the first processing gas G1 is removed by the second separation unit 36 to generate a second processing gas G21. The purity of carbon dioxide in the second processing gas G21 is higher than that of the first processing gas G1. The gas in the supply space Vs2 of the second processing unit 30a is sucked in and compressed by the suction unit 50a to become the second processing gas G21 with increased carbon dioxide partial pressure and water vapor pressure. The second processing gas G21 is supplied to the supply space Vs2 of the second processing unit 30b.

第2処理部30bの第2分離モジュール32において、第2分離部36によって第2処理ガスG21内の水蒸気の少なくとも一部が除去されることで、第2処理ガスG22が生成される。第2処理ガスG22の二酸化炭素の純度は、第2処理ガスG21の二酸化炭素の純度よりも高い。第2処理部30bの供給空間Vs2から第2処理ガスG22が吸引部50bによって吸引され、当該ガスが分離ガスGcとして回収装置1Bの外部に送り出される。 In the second separation module 32 of the second processing unit 30b, the second separation unit 36 removes at least a portion of the water vapor in the second processing gas G21 to generate the second processing gas G22. The purity of the carbon dioxide in the second processing gas G22 is higher than the purity of the carbon dioxide in the second processing gas G21. The second processing gas G22 is sucked from the supply space Vs2 of the second processing unit 30b by the suction unit 50b, and the gas is sent to the outside of the recovery device 1B as a separated gas Gc.

回収装置1Bは、1以上の別の第2処理部30と、1以上の別の吸引部50とを更に備えていてもよい。図2に例示の回収装置1Aにおいて、第2処理部30及び吸引部50に代えて、第2処理部30a,30bと吸引部50a,50bとが設けられてもよい。以上の回収装置1Bでは、回収装置1,1Aと比べて、第1処理ガスG1から除去される水蒸気の量を多くすることができる。あるいは、回収装置1,1Aに比べて、吸引部(例えば、コンプレッサ)の1個あたりの性能を小さくすることができる。 The recovery device 1B may further include one or more separate second processing units 30 and one or more separate suction units 50. In the recovery device 1A illustrated in FIG. 2, second processing units 30a, 30b and suction units 50a, 50b may be provided instead of the second processing unit 30 and suction unit 50. In the recovery device 1B described above, the amount of water vapor removed from the first processing gas G1 can be made larger than in the recovery devices 1 and 1A. Alternatively, the performance per suction unit (e.g., compressor) can be made smaller than in the recovery devices 1 and 1A.

[その他の変形例]
上述の回収装置1,1Aでは、第2処理部30は、分離膜38によって第1処理ガスG1に含まれる水蒸気を低減するが、分離膜38に代えて、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気の吸着又は吸収を選択的に行う材料(吸収材又は吸着材)を有してもよい。この場合においても、再生ガス供給部42が、第2処理部30において吸収材(吸着材)によって隔てられる一対の空間のうちの一方の空間(処理空間)に再生ガスGrを供給してもよい。このような吸収材は、酸性官能基を有するゲル化性高分子粒子を含む膜、粉体、又は粒子を含んでいてもよく、酸性官能基を有するゲル化性高分子粒子の塩と塩基性官能基を有するゲル化性高分子微粒子の塩の両方を含む膜、粉体、又は粒子を含んでいてもよい。上記吸収材は、多孔質材料等の担体に支持されていてもよく、カーボンブラック又はフュームドシリカ等のフィラーを含んでいてもよい。
[Other Modifications]
In the above-mentioned recovery device 1, 1A, the second treatment unit 30 reduces the water vapor contained in the first treatment gas G1 by the separation membrane 38, but instead of the separation membrane 38, a material (absorbent or adsorbent) that selectively adsorbs or absorbs the water vapor contained in the first treatment gas G1 may be included. Even in this case, the regeneration gas supply unit 42 may supply the regeneration gas Gr to one space (treatment space) of a pair of spaces separated by the absorbent (adsorbent) in the second treatment unit 30. Such an absorbent may include a film, powder, or particle containing gelling polymer particles having an acidic functional group, or may include a film, powder, or particle containing both a salt of a gelling polymer particle having an acidic functional group and a salt of a gelling polymer microparticle having a basic functional group. The absorbent may be supported on a carrier such as a porous material, and may include a filler such as carbon black or fumed silica.

[実施形態の効果]
以上に説明した二酸化炭素の回収装置1では、原料ガスG0に含まれる夾雑ガスの割合が低下すると共に二酸化炭素の割合が上昇した第1処理ガスG1が第1処理部10から第2処理部30の供給空間Vs2に送り出される。そして、供給空間Vs2とは第2分離部36によって隔てられる処理空間Vd2に第1処理ガスG1よりも水蒸気圧が低い再生ガスGrが供給される。これにより、第2分離部36によって第1処理ガスG1内から水蒸気が除去されつつ、第2処理ガスG2の水蒸気圧が飽和水蒸気圧以下に低下する。第2処理ガスG2を吸引するための装置にかかる負荷は、第2処理ガスG2に含まれる水蒸気圧(水蒸気の量)に依存する。上記の回収装置1では、第2処理ガスG2の水蒸気圧が低下しているので、第2処理ガスG2を吸引するための装置の要求性能を下げることができる。従って、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能となる。
[Effects of the embodiment]
In the carbon dioxide recovery device 1 described above, the first processing gas G1 in which the ratio of impurity gases contained in the raw material gas G0 is reduced and the ratio of carbon dioxide is increased is sent from the first processing unit 10 to the supply space Vs2 of the second processing unit 30. Then, the regenerated gas Gr, which has a lower water vapor pressure than the first processing gas G1, is supplied to the processing space Vd2 separated from the supply space Vs2 by the second separation unit 36. As a result, the water vapor pressure of the second processing gas G2 is reduced to below the saturated water vapor pressure while the water vapor is removed from the first processing gas G1 by the second separation unit 36. The load on the device for sucking the second processing gas G2 depends on the water vapor pressure (amount of water vapor) contained in the second processing gas G2. In the above recovery device 1, since the water vapor pressure of the second processing gas G2 is reduced, the required performance of the device for sucking the second processing gas G2 can be reduced. Therefore, it is possible to easily recover a gas in which the ratio of carbon dioxide to impurity gases contained in the raw material gas G0 is increased.

以上の実施形態では、回収装置1の第1処理部10は、処理空間Vd1に水蒸気を含む水蒸気含有ガスGsを供給する水蒸気供給部24を更に有する。第1分離部16は、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素を選択的に透過する分離膜18を含む。この場合、水蒸気含有ガスGsによって、第1分離部16の分離膜18による二酸化炭素の透過が促進される。そのため、原料ガスG0から二酸化炭素を効率的に分離することが可能となる。 In the above embodiment, the first processing unit 10 of the recovery device 1 further includes a water vapor supply unit 24 that supplies a water vapor-containing gas Gs containing water vapor to the processing space Vd1. The first separation unit 16 includes a separation membrane 18 that selectively permeates carbon dioxide contained in the raw material gas G0. In this case, the water vapor-containing gas Gs promotes the permeation of carbon dioxide through the separation membrane 18 of the first separation unit 16. Therefore, it becomes possible to efficiently separate carbon dioxide from the raw material gas G0.

以上の実施形態では、回収装置1Aの第1処理部10は、供給空間Vs1に水蒸気を含む水蒸気含有ガスGsを供給する水蒸気供給部24を更に有する。第1分離部16は、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素の吸着又は吸収を選択的に行う材料18Aを含む。この場合、水蒸気含有ガスGsによって、第1分離部16の材料18Aに貯留された二酸化炭素の放出(離脱)が促進される。そのため、原料ガスG0から二酸化炭素を効率的に分離することが可能となる。 In the above embodiment, the first processing unit 10 of the recovery device 1A further has a water vapor supply unit 24 that supplies a water vapor-containing gas Gs containing water vapor to the supply space Vs1. The first separation unit 16 includes a material 18A that selectively adsorbs or absorbs carbon dioxide contained in the raw material gas G0. In this case, the water vapor-containing gas Gs promotes the release (desorption) of carbon dioxide stored in the material 18A of the first separation unit 16. Therefore, it becomes possible to efficiently separate carbon dioxide from the raw material gas G0.

以上の実施形態では、再生ガスGrの温度は、水蒸気含有ガスGsの温度よりも低い。この場合、第2処理ガスG2の温度が再生ガスGrの温度と同程度まで下げられる。そのため、第2処理ガスG2を吸引するための装置の要求性能をより低下させることができ、夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が上昇したガスをより簡便に回収することが可能となる。 In the above embodiment, the temperature of the regenerated gas Gr is lower than the temperature of the water vapor-containing gas Gs. In this case, the temperature of the second treatment gas G2 is lowered to the same temperature as the regenerated gas Gr. Therefore, the performance requirements of the device for sucking the second treatment gas G2 can be further reduced, and it becomes possible to more easily recover gas with an increased ratio of carbon dioxide to impurity gases.

以上の実施形態では、再生ガスGrは空気である。この場合、処理空間Vd2への再生ガスGrの供給が容易である。 In the above embodiment, the regeneration gas Gr is air. In this case, it is easy to supply the regeneration gas Gr to the treatment space Vd2.

以上の実施形態では、第2処理ガスG2の水蒸気圧は、当該第2処理ガスG2の飽和水蒸気圧よりも小さい。この場合、第2処理ガスG2が飽和水蒸気圧の水蒸気を含む場合に比べて、第2処理ガスG2を吸引するための装置の要求性能を低下させることが可能となる。 In the above embodiment, the water vapor pressure of the second process gas G2 is smaller than the saturated water vapor pressure of the second process gas G2. In this case, it is possible to reduce the performance requirements of the device for sucking the second process gas G2 compared to when the second process gas G2 contains water vapor at the saturated water vapor pressure.

以上の実施形態に係る回収装置1,1Aは、処理空間Vd1内のガスを吸引する吸引部50を備える。この構成では、第2処理ガスG2の水蒸気圧が第2処理部30において下げられているので、水蒸気圧を低下させない場合に比べて、吸引部50の要求性能を低下させることができる。そのため、吸引部50を簡素化することが可能となる。 The recovery device 1, 1A according to the above embodiment includes an suction section 50 that sucks in the gas in the processing space Vd1. In this configuration, the water vapor pressure of the second processing gas G2 is lowered in the second processing unit 30, so the performance requirements of the suction section 50 can be lowered compared to when the water vapor pressure is not lowered. This makes it possible to simplify the suction section 50.

以上の実施形態では、第2分離部36は、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気を選択的に透過する分離膜38を含む。この場合、第1処理ガスG1内の水蒸気を簡便に除去することが可能となる。 In the above embodiment, the second separation section 36 includes a separation membrane 38 that selectively transmits water vapor contained in the first processing gas G1. In this case, it becomes possible to easily remove water vapor from the first processing gas G1.

以上の実施形態に係る回収装置1,1A,1Bを用いた二酸化炭素の回収方法では、第1分離部16が用いられて原料ガスG0に含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇することで(二酸化炭素が分離又は濃縮されることで)、第1処理ガスG1が生成される。そして、第1処理ガスG1に含まれる水蒸気を低減する第2分離部36と、第1処理ガスG1よりも水蒸気圧が低い再生ガスGrとが利用されて第2処理ガスG2が生成される。水蒸気圧が低い再生ガスGrを利用することで、第2分離部36によって第1処理ガスG1内から水蒸気を除去しつつ、第2処理ガスG2の水蒸気圧を低下させることができる。第2処理ガスG2を吸引するための装置の負荷は、第2処理ガスG2に含まれる水蒸気の量に依存する。上記の回収方法では、第2処理ガスG2の水蒸気圧を下げることができるので、第2処理ガスG2を吸引するための装置の要求性能を下げることができる。従って、原料ガスG0に含まれる二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能となる。 In the carbon dioxide recovery method using the recovery apparatus 1, 1A, 1B according to the above embodiment, the first separation section 16 is used to increase the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas G0 to the impurity gas (carbon dioxide is separated or concentrated), thereby generating the first processing gas G1. Then, the second separation section 36 that reduces the water vapor contained in the first processing gas G1 and the regeneration gas Gr having a lower water vapor pressure than the first processing gas G1 are used to generate the second processing gas G2. By using the regeneration gas Gr having a lower water vapor pressure, the water vapor pressure of the second processing gas G2 can be reduced while removing water vapor from the first processing gas G1 by the second separation section 36. The load of the device for sucking the second processing gas G2 depends on the amount of water vapor contained in the second processing gas G2. In the above recovery method, the water vapor pressure of the second processing gas G2 can be reduced, so that the required performance of the device for sucking the second processing gas G2 can be reduced. Therefore, it is possible to easily recover a gas in which the ratio of carbon dioxide contained in the raw gas G0 to the impurity gas has increased.

二酸化炭素を分離したうえで(例えば濃縮したうえで)回収する別の装置又は方法として、第1処理部10において二酸化炭素が分離された(例えば濃縮された)処理ガスを熱交換器、気液分離器、及びコンプレッサを介して回収する装置又は方法が考えられる。この装置又は方法では、熱交換器、気液分離器、及びコンプレッサがこの順で上流から配置され、熱交換器において処理ガスが冷却されることで、当該処理ガス内の水蒸気の一部が液化する。そして、気液分離器によって、液化した水蒸気の一部(水分)と残りの二酸化炭素を含むガスとが分離され、コンプレッサによって、分離された二酸化炭素を含むガスが吸引される。 As another device or method for recovering carbon dioxide after separating it (e.g., concentrating it), a device or method is considered in which the treated gas from which carbon dioxide has been separated (e.g., concentrated) in the first processing unit 10 is recovered via a heat exchanger, a gas-liquid separator, and a compressor. In this device or method, the heat exchanger, gas-liquid separator, and compressor are arranged in this order from upstream, and the treated gas is cooled in the heat exchanger, thereby liquefying some of the water vapor in the treated gas. Then, the gas-liquid separator separates some of the liquefied water vapor (moisture) from the remaining gas containing carbon dioxide, and the separated gas containing carbon dioxide is sucked in by the compressor.

この装置又は方法においては、熱交換器によって冷却ガスと同程度の温度まで処理ガスが冷却され得るが、冷却後のガスは飽和水蒸気量の水蒸気を含んでいる。コンプレッサによって吸引しようとするガス内の水蒸気量に応じて、コンプレッサに要求される性能が増すので、気液分離器によって分離される二酸化炭素を含むガス(飽和水蒸気量のガス)を吸引するためのコンプレッサでは高い性能及び大きな動力が必要となる。これに対して、上記実施形態の回収装置1及び回収方法では、第2処理部30の第2分離部36において相対湿度が低い(飽和水蒸気量以下の)ガスが生成されるので、コンプレッサの要求性能を低下させることができる。 In this device or method, the processing gas can be cooled to a temperature similar to that of the cooling gas by the heat exchanger, but the cooled gas contains a saturated amount of water vapor. Since the performance required of the compressor increases depending on the amount of water vapor in the gas to be sucked by the compressor, a compressor that sucks in the gas containing carbon dioxide (gas with a saturated amount of water vapor) separated by the gas-liquid separator requires high performance and large power. In contrast, in the recovery device 1 and recovery method of the above embodiment, gas with a low relative humidity (below the saturated amount of water vapor) is generated in the second separation section 36 of the second processing section 30, so the performance required of the compressor can be reduced.

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。上述した別の装置又は方法において用いられる熱交換器及び気液分離器と、1又は複数の第2処理部(第2分離モジュール)とが併用されてもよい。図4は、二酸化炭素の回収装置の別の例を示す模式図である。図4に示される回収装置1Cは、第1処理部10と第2処理部30aとの間に設けられる熱交換器62及び気液分離器64を更に備える点で、図3に示される回収装置1Bと相違する。また、回収装置1Cは、吸引部50aが、第1処理部10と第2処理部30aとの間(気液分離器64の下流側)に配置され、吸引部50bが、第2処理部30aと第2処理部30bとの間に配置される点においても回収装置1Bと相違する。なお、下流側の第2分離モジュール32の更に下流に別の吸引部(不図示)が設けられてもよい。図4に示される回収装置1Cにおいても、1個あたりの吸引部の負荷を下げることが可能となる。図1及び図2に示される回収装置1,1Aにおいても、吸引部50(熱交換器62及び気液分離器64)が、第1処理部10と第2処理部30との間に配置されてもよい。 Although the embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiment. The heat exchanger and gas-liquid separator used in the other device or method described above may be used in combination with one or more second processing units (second separation modules). FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of a carbon dioxide recovery device. The recovery device 1C shown in FIG. 4 differs from the recovery device 1B shown in FIG. 3 in that it further includes a heat exchanger 62 and a gas-liquid separator 64 provided between the first processing unit 10 and the second processing unit 30a. The recovery device 1C also differs from the recovery device 1B in that the suction unit 50a is disposed between the first processing unit 10 and the second processing unit 30a (downstream of the gas-liquid separator 64), and the suction unit 50b is disposed between the second processing unit 30a and the second processing unit 30b. In addition, another suction unit (not shown) may be provided further downstream of the downstream second separation module 32. In the recovery device 1C shown in FIG. 4, it is also possible to reduce the load on each suction unit. In the recovery device 1, 1A shown in Figures 1 and 2, the suction section 50 (heat exchanger 62 and gas-liquid separator 64) may also be disposed between the first processing section 10 and the second processing section 30.

上述の回収装置1,1Aでは、水蒸気供給部24によって第1処理部10の処理空間Vd1又は供給空間Vs1に水蒸気含有ガスGsが供給されるが、第1処理部10が水蒸気供給部24を有していなくてもよい。この場合、ガス内の水蒸気を除去する第2処理部30に送り込まれる第1処理ガスG1には、原料ガスG0に含まれ、且つ第1分離部16(分離膜18又は材料18A)を通過した水蒸気が含まれる。 In the above-mentioned recovery apparatus 1, 1A, the water vapor-containing gas Gs is supplied to the processing space Vd1 or the supply space Vs1 of the first processing unit 10 by the water vapor supply unit 24, but the first processing unit 10 does not have to have the water vapor supply unit 24. In this case, the first processing gas G1 sent to the second processing unit 30 that removes water vapor from the gas contains water vapor that is contained in the raw material gas G0 and has passed through the first separation unit 16 (separation membrane 18 or material 18A).

再生ガス供給部42によって供給される再生ガスGrの温度は、第1処理部10において水蒸気供給部24から供給される水蒸気含有ガスGsの温度と同程度であってもよく、水蒸気含有ガスGsの温度よりも高くてもよい。再生ガス供給部42は、空気とは異なるガスを供給してもよい。例えば、再生ガス供給部42は、湿度を調節可能な湿度調節器を含み、当該湿度調節器によって調節された湿度を有するガスを、再生ガスGrとして処理空間Vd2に供給してもよい。 The temperature of the regeneration gas Gr supplied by the regeneration gas supply unit 42 may be approximately the same as the temperature of the water vapor-containing gas Gs supplied from the water vapor supply unit 24 in the first processing unit 10, or may be higher than the temperature of the water vapor-containing gas Gs. The regeneration gas supply unit 42 may supply a gas other than air. For example, the regeneration gas supply unit 42 may include a humidity regulator capable of adjusting humidity, and may supply a gas having a humidity adjusted by the humidity regulator to the processing space Vd2 as the regeneration gas Gr.

[評価結果]
次に実施例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、水蒸気を選択的に分離できる分離膜モジュール(上述の第2分離モジュール32)を使用した場合の除去性能を、計算により評価している。
[Evaluation results]
The present disclosure will now be described in more detail with reference to examples, but the present disclosure is not limited to the following examples. In the following examples, the removal performance in the case of using a separation membrane module (the above-mentioned second separation module 32) capable of selectively separating water vapor is evaluated by calculation.

(計算方法)
水蒸気除去を行う対象ガスは、これまでの二酸化炭素分離膜の計算の基準ケースとしていた条件の透過側ガス(処理空間側のガス)とした。図5(a)は、計算対象としたプロセスフローを示し、図5(b)の表は、計算に用いた水蒸気分離膜の特性、ガス流量などの計算の前提条件を示す。図5(a)及び図5(b)に示される「Case 1」(ケース1)は、二酸化炭素分離膜の透過側ガスを直接水蒸気分離膜に導入した条件を示し、「Case 2」(ケース2)は透過側ガスを40℃でフラッシュし、圧縮後のガスを水蒸気分離膜に導入した条件を示す。組成膜分離モジュール内の物質収支は膜の透過流速を設定した微分方程式により、エネルギー収支は膜内のガス透過と膜を介した熱移動によるエンタルピー変化を考慮した微分方程式により、それぞれを同時にMatlabにより解き、水蒸気の除去量を算出した。
(Method of calculation)
The target gas for removing water vapor was the permeate gas (gas on the processing space side) under the conditions that had been used as the reference case for the calculation of carbon dioxide separation membranes up to now. Figure 5(a) shows the process flow that was the subject of the calculation, and the table in Figure 5(b) shows the prerequisites for the calculation, such as the characteristics of the water vapor separation membrane used in the calculation and the gas flow rate. "Case 1" shown in Figures 5(a) and 5(b) shows the condition in which the permeate gas of the carbon dioxide separation membrane was directly introduced into the water vapor separation membrane, and "Case 2" shows the condition in which the permeate gas was flushed at 40°C and the compressed gas was introduced into the water vapor separation membrane. The material balance in the composition membrane separation module was calculated using a differential equation that sets the permeation flow rate of the membrane, and the energy balance was calculated using a differential equation that takes into account the enthalpy change due to gas permeation in the membrane and heat transfer through the membrane, and the amount of water vapor removed was calculated by solving both simultaneously using Matlab.

(結果)
図6(a)は、ケース2におけるモジュール内の供給側及び透過側のそれぞれのガス分圧とガス温度の計算例を示す。膜の透過及び非透過側の水蒸気分圧差により除去されており、ガス温度は約343Kから305Kまで下がることが確認されており、熱交換器および気液分離器を省略できることがわかる。図6(b)は、水蒸気除去率のフラッシュ操作との比較を示す。ケース1では処理対象ガスに水蒸気が多く含まれるものの、全圧が低いためにスイープガス(再生ガス)との水蒸気の分圧差が小さく、水蒸気を除去できていないことがわかる。それに対してケース2では、全圧が2倍程度であるが膜分離により水蒸気が除去され、フラッシュ法よりも水蒸気濃度を低くすることができ、さらにスイープガス流量を200mol/sから300mol/sへ増やすことで、水蒸気濃度は21%から14%へ低下した。このことから、ある程度加圧されたガスに対しては膜モジュールによる脱水が有効であり、フラッシュ法と比較して所要エネルギー及びコストを大幅に削減できる可能性が示された。
(result)
FIG. 6(a) shows an example of calculation of the gas partial pressure and gas temperature on the supply side and permeation side in the module in case 2. It is confirmed that water vapor is removed by the partial pressure difference between the permeation and non-permeation sides of the membrane, and the gas temperature drops from about 343K to 305K, and it can be seen that the heat exchanger and gas-liquid separator can be omitted. FIG. 6(b) shows a comparison of the water vapor removal rate with the flash operation. In case 1, although the gas to be treated contains a lot of water vapor, the partial pressure difference between the water vapor and the sweep gas (regeneration gas) is small due to the low total pressure, and it can be seen that the water vapor cannot be removed. In contrast, in case 2, although the total pressure is about twice as high, water vapor is removed by membrane separation, and the water vapor concentration can be lowered compared to the flash method, and further, by increasing the sweep gas flow rate from 200 mol/s to 300 mol/s, the water vapor concentration was reduced from 21% to 14%. This indicates that dehydration using a membrane module is effective for gases pressurized to a certain extent, and that it has the potential to significantly reduce the energy required and costs compared to the flash method.

本開示によれば、二酸化炭素の夾雑ガスに対する割合が上昇したガスを簡便に回収することが可能な二酸化炭素の回収装置及び回収方法が提供される。 The present disclosure provides a carbon dioxide recovery device and recovery method that can easily recover gas in which the ratio of carbon dioxide to contaminant gases has increased.

1,1A,1B,1C…二酸化炭素の回収装置、10…第1処理部、16…第1分離部、18…分離膜、18A…材料、24…水蒸気供給部、30…第2処理部、36…第2分離部、38…分離膜、42…再生ガス供給部、50…吸引部、Vs1,Vs2…供給空間、Vd1,Vd2…処理空間、G0…原料ガス、G1…第1処理ガス、G2…第2処理ガス、Gs…水蒸気含有ガス、Gr…再生ガス。 1, 1A, 1B, 1C... carbon dioxide recovery device, 10... first processing section, 16... first separation section, 18... separation membrane, 18A... material, 24... water vapor supply section, 30... second processing section, 36... second separation section, 38... separation membrane, 42... regeneration gas supply section, 50... suction section, Vs1, Vs2... supply space, Vd1, Vd2... processing space, G0... raw material gas, G1... first processing gas, G2... second processing gas, Gs... water vapor-containing gas, Gr... regeneration gas.

Claims (9)

第1供給空間と第1処理空間とを隔てるように配置され、前記第1供給空間に供給される原料ガスに含まれる二酸化炭素を前記原料ガスのうちの二酸化炭素以外の成分を含む夾雑ガスから分離する第1分離部を有し、前記原料ガスに含まれる二酸化炭素の少なくとも一部を取り出して、前記原料ガスよりも前記夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きい第1処理ガスを前記第1処理空間から放出する第1処理部と、
前記第1処理部によって放出された前記第1処理ガスが供給される第2供給空間と、第2処理空間とを隔てるように配置され、前記第1処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第2分離部を有し、前記第1処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、前記第1処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第2処理ガスを放出する第2処理部と、
前記第1処理空間内のガスを吸引する吸引部と、を備え、
前記第1分離部は、前記原料ガスに含まれる二酸化炭素を選択的に透過する分離膜を含み、
前記第2処理部は、前記第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスを前記第2処理空間に供給する再生ガス供給部を更に有する、二酸化炭素の回収装置。
a first processing unit that is disposed so as to separate a first supply space and a first processing space, the first processing unit having a first separation unit that separates carbon dioxide contained in a raw material gas supplied to the first supply space from an impurity gas containing components of the raw material gas other than carbon dioxide, and that extracts at least a portion of the carbon dioxide contained in the raw material gas and releases a first processing gas from the first processing space, the first processing gas having a higher ratio of carbon dioxide to the impurity gas than the raw material gas;
a second processing unit that is disposed to separate a second supply space to which the first processing gas discharged by the first processing unit is supplied from a second processing space, the second processing unit having a second separation unit that reduces water vapor contained in the first processing gas by any one of adsorption, absorption, or permeation, and that removes at least a portion of the water vapor contained in the first processing gas and discharges a second processing gas having a higher carbon dioxide purity than the first processing gas;
a suction unit that suctions gas within the first processing space,
the first separation section includes a separation membrane that selectively allows carbon dioxide contained in the raw material gas to permeate therethrough,
The carbon dioxide recovery apparatus, wherein the second treatment section further includes a regeneration gas supply section that supplies a regeneration gas having a water vapor pressure lower than that of the first treatment gas to the second treatment space.
前記吸引部は、前記第2供給空間を介して、前記第1処理空間内のガスを吸引し、The suction unit suctions gas in the first processing space through the second supply space,
前記回収装置は、The recovery device includes:
前記吸引部によって吸引された前記第2処理ガスが供給される第3供給空間と、第3処理空間とを隔てるように配置され、前記第2処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第3分離部を有し、前記第2処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、前記第2処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第3処理ガスを放出する第3処理部と、a third processing unit that is disposed to separate a third supply space to which the second processing gas sucked by the suction unit is supplied and a third processing space, the third processing unit having a third separation unit that reduces water vapor contained in the second processing gas by any one of adsorption, absorption, or permeation, and removes at least a portion of the water vapor contained in the second processing gas and releases a third processing gas having a higher carbon dioxide purity than the second processing gas;
前記第3処理ガスを吸引する第2吸引部と、a second suction unit that sucks the third process gas;
を更に備える、請求項1に記載の回収装置。The recovery device of claim 1 further comprising:
前記吸引部は、前記第1処理空間と前記第2供給空間との間に設けられており、the suction unit is provided between the first processing space and the second supply space,
前記回収装置は、The recovery device includes:
前記第2処理ガスを吸引する第2吸引部と、a second suction unit that sucks the second process gas;
前記第2吸引部によって吸引された前記第2処理ガスが供給される第3供給空間と、第3処理空間とを隔てるように配置され、前記第2処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第3分離部を有し、前記第2処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除いて、前記第2処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第3処理ガスを放出する第3処理部と、a third processing unit that is disposed to separate a third supply space to which the second process gas sucked by the second suction unit is supplied and a third processing space, the third processing unit having a third separation unit that reduces water vapor contained in the second process gas by any one of adsorption, absorption, or permeation, and removes at least a portion of the water vapor contained in the second process gas and releases a third process gas having a higher carbon dioxide purity than the second process gas;
を更に備える、請求項1に記載の回収装置。The recovery device of claim 1 further comprising:
前記第1処理部は、前記第1処理空間に水蒸気を含む水蒸気含有ガスを供給する水蒸気供給部を更に有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の回収装置。 The recovery apparatus according to claim 1 , wherein the first processing section further comprises a water vapor supply section that supplies a water vapor-containing gas that contains water vapor to the first processing space. 前記再生ガスの温度は、前記水蒸気含有ガスの温度よりも低い、請求項に記載の回収装置。 5. The recovery apparatus of claim 4 , wherein the temperature of the regeneration gas is lower than the temperature of the water vapor-containing gas. 前記再生ガスは空気である、請求項1~のいずれか一項に記載の回収装置。 The recovery apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the regeneration gas is air. 前記第2処理ガスの水蒸気圧は、当該第2処理ガスの飽和水蒸気圧よりも小さい、請求項1~のいずれか一項に記載の回収装置。 The recovery apparatus according to claim 1 , wherein the water vapor pressure of the second process gas is lower than a saturated water vapor pressure of the second process gas. 前記第2分離部は、前記第1処理ガスに含まれる水蒸気を選択的に透過する分離膜を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の回収装置。 The recovery device according to any one of claims 1 to 7, wherein the second separation section includes a separation membrane that selectively allows water vapor contained in the first treatment gas to pass through. 第1供給空間と第1処理空間とを隔てるように配置され、原料ガスに含まれる二酸化炭素を前記原料ガスのうちの二酸化炭素以外の成分を含む夾雑ガスから分離する第1分離部を用いて、前記第1供給空間に供給される前記原料ガスに含まれる二酸化炭素の少なくとも一部を取り出すことで、前記原料ガスよりも前記夾雑ガスに対する二酸化炭素の割合が大きい第1処理ガスを前記第1処理空間に生成する第1工程と、
前記第1処理ガスに含まれる水蒸気を吸着、吸収又は透過のいずれかによって低減する第2分離部を用いて、前記第1処理ガスに含まれる水蒸気の少なくとも一部を取り除くことで、前記第1処理ガスよりも二酸化炭素の純度が高い第2処理ガスを生成する第2工程と、
前記第1処理空間内のガスを吸引部により吸引する吸引工程と、を含み、
前記第1分離部は、前記原料ガスに含まれる二酸化炭素を選択的に透過する分離膜を含み、
前記第2工程では、前記第1処理ガスよりも水蒸気圧が低い再生ガスを更に用いて前記第2処理ガスを生成する、二酸化炭素の回収方法。
a first step of extracting at least a portion of the carbon dioxide contained in the raw material gas supplied to the first supply space using a first separation unit that is disposed to separate a first supply space and a first processing space and that separates carbon dioxide contained in the raw material gas from an impurity gas that contains components of the raw material gas other than carbon dioxide, thereby generating a first processing space in which a ratio of carbon dioxide to the impurity gas is higher than that of the raw material gas;
a second step of removing at least a portion of the water vapor contained in the first process gas using a second separation section that reduces the water vapor contained in the first process gas by any one of adsorption, absorption, or permeation, thereby generating a second process gas having a higher carbon dioxide purity than the first process gas;
a suction step of suctioning the gas in the first processing space by a suction part,
the first separation section includes a separation membrane that selectively allows carbon dioxide contained in the raw material gas to permeate therethrough,
A method for recovering carbon dioxide, wherein in the second step, the second treated gas is produced by further using a regeneration gas having a water vapor pressure lower than that of the first treated gas.
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