| 【発明の名称】 |
液化炭酸ガスのリサイクル方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】富田 文四郎
【氏名】宮地 宏幸
【氏名】芳村 健治
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| 【要約】 |
【課題】液化炭酸ガス洗浄装置等との組み合わせが可能な、より経済的な炭酸ガスの液化回収のためのリサイクル方法の提供。
【解決手段】液化炭酸ガスの気化工程及び再液化工程を含んでなる液化炭酸ガスのリサイクル方法において、前記気化工程に於いて気化潜熱を奪われて自己冷却化した残留液化炭酸ガスを冷却媒体として使用して、前記再液化工程における炭酸ガスを冷却液化させることを特徴とする方法。さらに前記気化工程で得られた炭酸ガスから不純物を除去した後、該炭酸ガスを再液化工程に送ることにより高純度の炭酸ガスを回収し、再利用する炭酸ガスリサイクル方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液化炭酸ガスの気化工程及び再液化工程を含んでなる液化炭酸ガスのリサイクル方法であって、気化工程に於いて気化潜熱を奪われて自己冷却化した残留液化炭酸ガスを冷却媒体として使用して、再液化工程において気化工程で得られた炭酸ガスを冷却液化させることを特徴とする方法。
【請求項２】 気化した炭酸ガスから不純物を除去した後、該炭酸ガスを再液化工程に送ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】 気化工程で処理される液化炭酸ガスが液化炭酸ガス洗浄装置における洗浄処理に使用した回収液化炭酸ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】 液化炭酸ガス洗浄装置において超臨界、亜臨界又は液化炭酸ガスを洗浄媒体として使用することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】 再液化工程において得られた液化炭酸ガスを液化炭酸ガス洗浄装置に供給することを特徴とする請求項１〜４に記載の方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液化炭酸ガスの気化工程及び再液化工程を含んでなる液化炭酸ガスのリサイクル方法に係り、特に炭酸ガスを気化させる工程において気化潜熱を奪われて自己冷却化した残留液化炭酸ガスを冷却媒体として使用して、上記再液化工程における炭酸ガスを冷却液化させることを特徴とする液化炭酸ガスのリサイクル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、亜臨界または超臨界炭酸ガスを抽出媒体または洗浄媒体として利用した抽出方法または洗浄方法が多数報告されている。これらの抽出方法および洗浄方法は、超臨界炭酸ガスの特性、すなわち、粘度が低く、溶解度が高いため優れた抽出作用または洗浄作用を発揮し得ると同時に、臨界点付近ではわずかな圧力変化によって密度が急変し、溶解度に大きな変化を生じるという性質を利用したものである。また、炭酸ガスは３１．１℃、７２．８気圧で臨界点に到達することから、この方法ではほぼ常温で超臨界状態の媒体を取り扱うことができるという利点がある。
【０００３】超臨界炭酸ガスを利用した抽出装置では被抽出物をフラッシュアウトした後の炭酸ガスを循環使用することは従来から行われており、炭酸ガスの循環方法としては抽出液から炭酸ガスを気化分離し、これを冷却し再液化して使用する方法が一般的である。
【０００４】このような炭酸ガスの循環方式は超臨界洗浄装置においても採用され、洗浄装置の運転に使用する炭酸ガスを同様の操作によって循環して洗浄媒体として再度供給する炭酸ガス循環型洗浄装置が開発されている。しかし、これらの炭酸ガス循環型洗浄装置では、洗浄装置に別個に炭酸ガスを蒸発、液化するための設備が必要となり、設備投資及び運転コストの面で事業者の負担を増加させる。
【発明が解決しようとする課題】洗浄装置の運転により生ずる液化炭酸ガス洗浄廃液には汚染物質等の不純物が多量に溶解しているため、炭酸ガスのリサイクルでは不純物を効率よく分離して高純度の炭酸ガスを回収することが要求される。しかしながら、液化炭酸ガスへの不純物の溶解度は一般に高く、不純物を通常用いられる濾過などの方法により分離することは極めて困難であるとされている。一方、被洗浄物の十分な洗浄を達成するためには洗浄用の液化炭酸ガスは高純度のものが使用される必要がある。ここで、洗浄処理のたびに新たに高純度炭酸ガスをボンベから供給したのでは、事業者にとってコストの面で負担が大きくなる。
【０００５】したがって、洗浄媒体である炭酸ガスの有効活用及び経済的且つ合理的な炭酸ガスの液化リサイクル方法の開発という観点から、洗浄廃液から洗浄媒体として利用可能な高純度液化炭酸ガスを効率的に回収して、再供給できるような新規な炭酸ガスリサイクル方法の開発が望まれてきたが、更に、従来より簡便な炭酸ガス液化回収システムによって、より経済的に利用できる方法の開発が強く望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の要求を満たすような液化炭酸ガスのリサイクル方法を検討した結果、液化炭酸ガスの気化工程及び再液化工程を含んでなる液化炭酸ガスのリサイクル方法において、気化工程で気化潜熱を奪われ自己冷却化した残留液化炭酸ガスを冷却媒体として使用して、再液化工程において前記気化工程で気化させた炭酸ガスを冷却液化させることを特徴とする方法を見出し、本発明を完成させた。
【０００７】本発明に係る方法では洗浄媒体及び熱交換用冷却媒体として炭酸ガスが使用されることから、両媒体の供給に炭酸ガス洗浄廃液を再利用することができるという利点がある。すなわち、冷媒には洗浄後の油など汚染物質を含んだ液化炭酸ガス廃液を、また洗浄媒体には該廃液から気化させた炭酸ガスをそれぞれ再利用することができ、炭酸ガスを有効に活用できるという利点がある。このとき、炭酸ガスの気化に要したエネルギーは、残留液化炭酸ガスの自己冷却化という形で蓄えられ再液化工程で利用されるため、投入されたエネルギーは実質的に回収されることとなり、リサイクルシステム全体のエネルギー効率は極めて良い。
【０００８】また、本発明に係る方法では、気化工程で得られた炭酸ガスから不要な物質を除去した後、該炭酸ガスを再液化工程に送ることにより、液化炭酸ガス中のパーティクルあるいは液化炭酸ガス中に溶解している不純物を簡便かつ効率的に分離し、高純度炭酸ガスを再液化して回収することができるという利点もある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の方法によって処理される液化炭酸ガスには、超臨界、亜臨界または液化炭酸ガスを洗浄媒体として利用する洗浄装置の運転により生じた洗浄廃液を使用することができる。また、本発明の方法によれば、これらの廃液から高純度炭酸ガスを液化回収した後、又は回収しながら更に洗浄装置に供給することもできる。
【００１０】当該リサイクル方法は、以下の実施態様において示すように、従来型のリサイクルシステムより簡易な装置により構成することができるため、新規のリサイクル型洗浄機構の構築ばかりでなく、既存の洗浄装置と組み合わせた形で利用することも可能である。
【００１１】本発明の一実施態様を、以下に図面を参照して説明する。なお、図面に記載されたリサイクル方法は本願発明の理解を容易にするため記載された例であるにすぎず、本発明は例示の範囲に限定されるものではない。
【００１２】図１は液化炭酸洗浄装置との組み合わせによる液化炭酸ガスリサイクルシステムの概略図である。
【００１３】本システムの主な構成は以下の通りである。１は液化炭酸ガスボンベ、２は洗浄槽、３は洗浄液回収槽、４は加圧機、５は送液ポンプ、６は不純物除去手段、７は熱交換器、８は洗浄用液溜槽、９は洗浄補助剤槽である。
【００１４】洗浄媒体には、洗浄特性の異なる液体、亜臨界または超臨界状態の炭酸ガスを被洗浄物の要求洗浄度・形状、汚染物質の性質・付着状態等に応じて使用することができ、さらに、親油性、親水性あるいは両親媒性界面活性剤等の洗浄補助剤と併用してもよい。炭酸ガスは３１．１℃以上の温度および７２．８気圧以上の圧力で超臨界状態となるが、一般には臨界点近傍であって温度・圧力ともに上記の値を下回る亜臨界状態でも同様に十分な洗浄作用を発揮する。亜臨界または超臨界状態の炭酸ガスは臨界点付近では液体、気体の密度、エンタルピー等の物性値がほぼ同じであるため、気体液体間の状態変化に要するエネルギーが小さく、液化回収を少ないエネルギーで効率的に行うことができるため、本発明の洗浄システムに使用される洗浄媒体として特に好適である。
【００１５】洗浄槽２は、既存の超臨界洗浄装置に使用される耐圧容器であることが好ましく、さらに気体と超臨界との間の炭酸ガスの状態変化のために必要な既知の温度調節手段等を備えていることが好ましい。洗浄作用をより効果的なものにするための慣用の手段、例えば強制攪拌手段やキャビテーションによる洗浄作用機構を具備していてもよい。
【００１６】洗浄液回収槽３には、洗浄槽と同様に耐圧容器が配置される。洗浄終了後、洗浄槽内部の炭酸ガス洗浄媒体は汚染物質を含んだ洗浄廃液となる。この洗浄廃液は、両槽の配置のレベル差および両槽間の圧力差によって、洗浄槽２と当該回収槽３をつなぐ配管を通じて洗浄回収槽３に移動する。回収槽内に洗浄廃液が収容されると、蒸気相と液相が共存することとなる。油や金属クズ等の汚染物質は液化炭酸ガス中に溶解又は沈殿し、蒸気相の炭酸ガスにはほとんど存在しないため、汚染物質の大部分は液相に濃縮されることとなる。
【００１７】加圧機４は回収槽３と配管にて連結し、蒸気相の炭酸ガスを吸入し、加圧して熱交換器７に送るために使用される。この炭酸ガスの吸入は容易であるため、加圧機には比較的低出力のオイルフリーブースターを使用することもできる。この炭酸ガス蒸気の吸引により回収槽３に残留する洗浄廃液に含まれる液化炭酸ガスは気化潜熱を奪われて急速に自己冷却化するため、残留洗浄廃液は熱交換器７に使用される冷媒として好適な低温液化炭酸ガスとなる。
【００１８】ポンプ５によって、回収槽３において冷却された洗浄廃液は熱交換器７に冷媒として供給される。
【００１９】不純物除去手段６としては、気体からパーティクルを除去するための慣用の気体用フィルターが使用可能である。このようなフィルターを使用するのは、上記のオイルフリーブースターを使用しても吸入炭酸ガス中に汚染物質のパーティクルは随伴するため、これを除去する必要があるからである。汚染物質は回収液化炭酸ガスの純度に影響するため、できる限り汚染物質を除去することが望ましい。通常０．０１μｍ程度のインラインフィルターを使用すれば汚染物質の除去には十分であるが、他のメッシュサイズのフィルターを使用してもよい。
【００２０】以下、液化炭酸ガスリサイクルの各操作手順について説明する。
【００２１】洗浄槽に被洗浄物を封入しておき、洗浄処理の前に液化炭酸ガスボンベ１から炭酸ガスをまず回収槽３に供給する。送液ポンプ５、加圧機４を作動して回収槽３から気体の炭酸ガスを加圧機４、フィルター６、凝縮器７へと送り、炭酸ガスボンベから供給される低純度の炭酸ガスからパーティクル等の不純物を除去し、さらに再液化して高純度炭酸ガスを得る。この操作によって、ボンベから供給される炭酸ガスは精製され洗浄媒体としての使用に十分な純度に高められることから、事前にボンベ１の液化炭酸ガスの純度には特別の注意を払う必要はない。
【００２２】次に、得られた高純度炭酸ガスを洗浄槽２に送り、加温、昇圧により炭酸ガスを超臨界ないし亜臨界状態として洗浄処理を行い、被洗浄物に付着していた汚染物質を炭酸ガス中に溶出させる。
【００２３】洗浄終了後、洗浄槽内部を一旦減圧し、洗浄媒体の超臨界炭酸ガスを気液混合状態の洗浄廃液を、洗浄廃液回収槽３に送る。加圧機４を作動し、炭酸ガス蒸気を吸引し、圧縮気体として回収槽３から送り出す。圧縮炭酸ガスを気体用フィルター６に通じて汚染物質等の不純物を除去した上で、熱交換器７に供給する。
【００２４】一方、回収槽３に残留した液化炭酸ガスは気体の吸引・排気によって気化潜熱を奪われ急激に自己冷却する。この低温液化炭酸ガスを送液ポンプ５により、熱交換器７に冷媒として供給する。
【００２５】熱交換器７では圧縮炭酸ガスは上記冷媒によって冷却・再液化され、このとき冷媒の液化炭酸ガスは熱交換により一部ガス化され廃液回収槽３に戻る。
【００２６】このようにして液化回収された炭酸ガスは再び洗浄槽２に洗浄媒体として導入し、同様の超臨界洗浄処理および熱交換による炭酸ガスの液化回収を繰り返す。
【００２７】本実施態様では気化工程は洗浄液回収槽３及び加圧機４で行われ、再液化工程は熱交換器７で行われる。
【００２８】上記リサイクル方法では、加圧ポンプにより与えられるエネルギーが放熱により失われる点などを考慮すれば、系全体が断熱されても熱収支は厳密にはゼロにはならないが、エネルギーの損失量は著しく少ないことから、リサイクルシステム全体ではエネルギー効率は極めて良いといえる。以上の実施態様は、超臨界または亜臨界炭酸ガス洗浄装置との組み合わせによる炭酸ガスのリサイクル方法を説明するものであるが、本発明のリサイクル方法は通常の液化炭酸ガス洗浄装置と組み合わせて使用することもできる。また、本願発明に係る炭酸ガスリサイクル方法は超臨界炭酸ガス抽出装置と組み合わせることも可能であり、これら以外にも、超臨界、亜臨界および液化炭酸ガスをマトリクスや媒体としての用途で多量に使用した後に高純度液化炭酸ガスを回収し再利用することを必要とするようなあらゆる工業プロセスに適用することが可能である。
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の炭酸ガスリサイクル方法では洗浄処理に使用する洗浄媒体と熱交換に使用する冷却媒体がともに炭酸ガスであることから、液化炭酸ガス廃液のリサイクルという観点から、炭酸ガスの有効利用が可能となるという利点がある。また、超臨界の炭酸ガスは気化工程で容易に自己冷却化するため冷媒用液化炭酸ガスが容易に製造される一方、この冷媒によって気化した炭酸ガスの再液化を行うため、エネルギー損失の少ない効率的なシステムであるといえる。さらに、本発明に係る方法はインラインフィルターのような簡易な不純物除去手段を適用することによって、不純物を含む炭酸ガスを精製し、洗浄媒体用の高純度の炭酸ガスを製造することができ、且つ加圧機を備えることによって精製した高純度炭酸ガスを連続的に洗浄槽に送り込むことができるため、洗浄後の被洗浄物のリンス工程も容易に行えるという利点を有する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１１０７０３４
【氏名又は名称】液化炭酸株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１７日（１９９９．１１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２００７
【弁理士】
【氏名又は名称】川口 義雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１３５８（Ｐ２００１−１４１３５８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２７１６３ |
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