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JP6413408B2 - Ｃｏ２除去装置 - Google Patents

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JP6413408B2
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敏明 白坂
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Description

本発明は、燃焼排ガスや大気などのＣＯ2を含有するガスからＣＯ2を除去するための装置に関し、特にＣＯ2除去に必要なエネルギーを低減するための技術に関する。
温室効果ガスの排出による地球温暖化が世界的な問題となっている。温室効果ガスには二酸化炭素（ＣＯ2）、メタン（ＣＨ4)、フロン類（ＣＦＣｓ）等がある。これらの中で影響が最も大きいものはＣＯ2であり、火力発電所や製鉄所などからのＣＯ2分離除去システムの構築が緊急の課題となっている。
また、ＣＯ2は人体にも影響を与える。例えば、ＣＯ2を高濃度に含むガスを吸引した場合には健康被害を引き起こすため、室内など、密閉された空間においてはＣＯ2濃度の管理が必要である。特に宇宙ステーションなど外気と室内空気との換気が困難な環境においては特にＣＯ2を除去する装置が必要である。他にも食品や化学製品の製造時においてＣＯ2が悪影響を与える可能性があることから、ＣＯ2を除去するシステムが求められている。
上記課題の解決策としては、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法、深冷分離法などがある。その中に、固体のＣＯ2捕捉材を用いたＣＯ2分離回収法が挙げられる。ＣＯ2捕捉材を用いたＣＯ2除去システムでは、ＣＯ2捕捉材を充填した捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを導入し、ＣＯ2捕捉材とガスを大気圧、もしくは加圧させて接触させることでＣＯ2を捕捉除去する。その後、捕捉材を加熱、もしくは捕捉材容器内を減圧することで捕捉したＣＯ2を脱離させ、除去する。ＣＯ2を脱離させたＣＯ2捕捉材は冷却、もしくは減圧した後に再度ＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2の捕捉除去に使用される。
これらＣＯ2の捕捉除去装置においてはＣＯ2捕捉材としてゼオライトが主に用いられている。例えば特許文献１においてはＣＯ2を含有するガスをゼオライト系のＣＯ2吸着材に接触させることでＣＯ2を吸着し、その後加熱することでＣＯ2を脱離させるＣＯ2除去方法が記載されている。
特表２０１０−５２７７５７
ゼオライトは水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含有するガスと接触させた場合にＣＯ2捕捉量が低下するため、ＣＯ2捕捉の前段でＨ2Ｏを除去することが一般的である。例えば、特許文献１に記載のＣＯ2の捕捉除去方法においては、ＣＯ2含有ガスが水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含有する場合には前記Ｈ2Ｏの濃度を４００ｐｐｍ以下、より好ましくは２０ｐｐｍ以下に低減することが好ましいとしている。
固体のＣＯ2捕捉材の種類によっては、Ｈ2Ｏを含有するガスを接触させることによる好ましい影響、例えばＣＯ2捕捉量の増加もしくはＣＯ2脱離温度の低温化もしくはその両方があると考えられる。しかし、特許文献１においてはこれらが議論されておらず、さらにはそれを用いた装置構成について記載がない。
本発明の目的は、消費エネルギーを低減したＣＯ2分離除去装置を提供することにある。
上記の目的の為、本発明のＣＯ2除去装置はガス中のＨ2Ｏ及びＣＯ2を捕捉する捕捉材と、前記捕捉材が内部に設置され、２つ以上有する反応容器と、前記ガス中のＨ2Ｏ濃度を計測するためのＨ2Ｏ計測器と、前記Ｈ2Ｏ計測器で得た情報を基にＨ2Ｏ濃度を調整するＨ2Ｏ濃度調整機器と、前記Ｈ2Ｏ濃度調整機器から前記反応容器に前記ガスを導入して前記捕捉材に接触させるためのガス導入路と、前記混合ガスを前記捕捉材に接触させた後に前記反応容器から排出するための第一のガス排出路と、前記捕捉材から脱離したガスを前記反応容器から排出するための第二のガス排出路と、を含み、前記捕捉材は、セリウム、セリウム以外の稀土類金属、及びジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物を含む捕捉材Ａと、シリカ、アルミナ、ゼオライトから選ばれる少なくとも１つの金属酸化物を含む捕捉材Ｂと、を含み、前記ガスからＣＯ 2 もしくはＨ 2 Ｏもしくはその両方を除去する場合において、前記ガスの流通方向が前記捕捉材Ａから前記捕捉材Ｂの方向であることを特徴とする。
本発明によれば、従来よりも消費エネルギーを低減したＣＯ2分離除去装置を提供できる。
セリウム酸化物におけるＣＯ2捕捉量をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。 セリウム酸化物における昇温時のＣＯ2脱離割合をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。 セリウム酸化物におけるＣＯ2脱離の際に捕捉材を加熱するために消費するエネルギーと温度の相関をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。 ジルコニウム酸化物における昇温時のＣＯ2脱離割合をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。 セリウム酸化物におけるＨ2Ｏ濃度とＨ2Ｏ吸着量の相関を示したグラフである。 捕捉材を固定床方式とした場合のＣＯ2除去装置の例である。 捕捉材を固定床方式とした場合にＣＯ2を連続的に除去できるＣＯ2除去装置の例である。 捕捉材をローター方式とした場合のＣＯ2除去装置の例である。 ２つの反応容器を用い、１つの反応容器において捕捉飽和が発生した際に弁の切り替えにより、別の反応容器でＨ2ＯもしくはＣＯ2もしくはその両方を除去するためのＣＯ2除去装置の例である。 ２つの反応容器を用い、ＣＯ2及びＨ2Ｏ含有ガスの流通方向と加熱ガスの流通方向を逆とするＣＯ2除去装置の例である。
以下に本発明を実施するための最適な形態を示す。なお、本発明の範囲は下記に挙げる例に限定されるものではない。
本発明者らは上記課題を鋭意検討した結果、ＣＯ2及びＨ2Ｏを含有するガスから固体のＣＯ2捕捉材を用いてＣＯ2もしくはＨ2Ｏもしくはその両方を分離除去するための装置において、前記装置がＨ2Ｏ及びＣＯ2を捕捉できる捕捉材と、前記捕捉材を内部に設置した反応容器と、ガス中のＨ2Ｏ濃度を計測するためのＨ2Ｏ計測器と、ガス中のＨ2Ｏ濃度を調整するためのＨ2Ｏ濃度調整機器と、前記Ｈ2Ｏ計測器で得た情報を基にＨ2Ｏ濃度調整機器を制御するための手段と、前記反応容器にＣＯ2及びＨ2Ｏを含有する混合ガスを導入して前記捕捉材に接触させるための配管と、前記混合ガスを前記捕捉材に接触させた後に反応容器から排出するための配管を含み、前記Ｈ2Ｏ濃度調整機器においてＨ2Ｏを残留させることでＣＯ2の分離除去に要するエネルギーを低減できる事を見出した。これはＨ2Ｏが流通することで固体の表面状態が変化し、脱離温度の低いＣＯ2の捕捉状態を形成でき、ＣＯ2を脱離させるために必要な加熱に必要なエネルギーを低減できるためと考えている。さらに、全量のＨ2Ｏを除去する場合と比べ、Ｈ2Ｏ除去に要するエネルギーを低減できるためと考えている。
ＣＯ2及びＨ2Ｏを捕捉するために使用する捕捉材はどのような物質でも良い。例として、金属酸化物、活性炭、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物、層状複水酸化物、固体の有機化合物などが挙げられる。前記ＣＯ2捕捉材としては単一の種類のものを用いてもよいし、複数の種類を組み合わせてもよい。また、一方を担体として用い、もう一方を含浸などの方法を用いて担持してもよい。
金属酸化物としては多孔質の金属酸化物が好ましく、特に好ましくは、Ｃｅ、Ｃｅ以外の稀土類金属、及びジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物を用いることが好ましい。前記組み合わせの酸化物を用いた場合にはＨ2Ｏを接触させた後もＣＯ2吸着が可能であり、かつＣＯ2脱離温度を低温化することが可能である。これは、上記酸化物においては酸化物表面がＨ2Ｏと反応することでヒドロキシル基（−ＯＨ）が形成し、本官能基とＣＯ2の反応により表面に炭酸水素塩（−ＣＯ3Ｈ）の形状でＣＯ2を吸着できるためと考えている。本捕捉材を合成する方法としては、含浸法、混練法、共沈法、及びゾルゲル法などの調製方法が挙げられる。例えば、Ｃｅの硝酸塩を含んだ溶液に、アンモニア水、水酸化Ｎａ、及び水酸化Ｃａなどの塩基性の化合物を加えることでｐＨを７〜１０に調整し、沈殿させて得てもよい。沈殿により酸化物が形成される場合にはそのまま用いてもよいし、焼成により更に酸化させてもよい。
金属酸化物としては、層状複水酸化物を焼成して得られる酸化物を用いてもよい。層状複水酸化物とはハイドロタルサイト状化合物とも呼ばれ、２種類以上の金属元素を含み、その組成を下記（１）式で表すことのできる物質である。なお、下記式においてＭ（２＋）は２価の金属イオン、例えばＭｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ及びＺｎを、Ｍ（３＋）は３価の金属イオン、例えばＡｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，及びＩｎを、Ａ（ｎ−）はｎ価の陰イオン、例えば炭酸イオン、硝酸イオン、及び硫酸イオンをそれぞれ表す。前記Ｍ（２＋）、Ｍ（３＋）、Ａ（ｎ−）はそれぞれ単一のイオンを用いてもよいし、複数のイオンを用いてもよい。
Ｍ（２＋）1-x Ｍ（３＋）x（ＯＨ）2 Ａ（ｎ−）x/n・ｙＨ2Ｏ ・・・（１）
層状複水酸化物を合成する方法としては、含浸法、混練法、共沈法、及びゾルゲル法などの調製方法が挙げられる。例えば、ＭｇとＡｌの硝酸塩を含んだ溶液に、炭酸ナトリウムを添加した後、アンモニア水、水酸化Ｎａ、及び水酸化Ｃａなどの塩基性の化合物を加えることでｐＨを８〜１１に調整して、沈殿させて得てもよい。本沈殿で得られる物質は層状複水酸化物であるため、金属酸化物及び金属の複合酸化物を得るためには焼成してもよい。焼成温度はどのような温度でも構わないが、例えば４００℃以上で焼成した場合に金属酸化物を得られる。
金属酸化物及び金属の複合酸化物として、他にもシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ゼオライトなどを用いてもよい。また、比表面積向上や耐熱性向上、使用金属量の低減などのために、前記シリカ、アルミナ、ゼオライトにＣｅ、稀土類金属、及びジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは混合酸化物などを担持してもよい。
捕捉材として用いる活性炭はどのようなものでも良い。活性炭はその内部に窒素元素（Ｎ）を含む場合に塩基性が増し、ＣＯ2吸着性能が向上することがあるため、含有Ｎ量の多い活性炭が好ましい場合がある。このような活性炭を合成する場合には、活性炭にアンモニア（ＮＨ3）を含むガスを接触させる手法、及びＮを多く含む有機分子から活性炭を合成する手法が考えられる。
固体の有機化合物としては、塩基性を有する有機化合物が好ましく、例えばアミノ基を有する有機化合物があげられる。
ＣＯ2捕捉材を充填した反応容器の後段に、異なるＣＯ2捕捉材もしくはＨ2Ｏ捕捉材もしくはその両方を充填した反応容器を設置してもよい。さらに、反応容器をつなぐ配管部に流路切り替え用の弁を設置し、必要に応じて後段の反応容器を使用する手法を用いても良い。例えば前段の反応容器にＣＯ2及びＨ2Ｏの両方を捕捉できる捕捉材を充填した場合には、まずＣＯ2及びＨ2Ｏのいずれかのガスが先に捕捉飽和となり、反応容器出口から排出されると考えられる。ＣＯ2が先に捕捉飽和する場合は、後段に設置する反応容器にはＨ2Ｏ流通時にＣＯ2捕捉性能が低下する捕捉材を使用しても良い。このような捕捉材の例としてはゼオライトや活性炭が挙げられる。また、Ｈ2Ｏが先に捕捉飽和する場合には、後段に設置する反応容器にはＣＯ2捕捉性能が低い捕捉材を使用しても良い。このような捕捉材の例としてはシリカやアルミナが挙げられる。ガス中のＨ2ＯとＣＯ2の濃度比が変動しやすく、いずれのガスが捕捉飽和となりやすいかが不明な場合には、後段に２つの反応容器を設置し、捕捉飽和となったガス種に応じて使用する反応容器を選択する方式としてもよい。前段の捕捉容器のみを使用してＨ2Ｏ及びＣＯ2を除去できた場合には、後段の反応容器からＨ2ＯもしくはＣＯ2の脱離処理を行う必要が無く、消費エネルギーを低減できる。
前記反応容器及びＣＯ2捕捉材の組み合わせの例としては、前段にＣｅ、Ｃｅ以外の稀土類金属、及びジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物を用いたＣＯ2捕捉材を充填した反応容器を設置し、後段にゼオライトを用いたＣＯ2捕捉材を充填した反応容器を設置する構成が挙げられる。本構成を用いた場合には、前段の反応容器においてＣＯ2のみが捕捉飽和となり、出口ガスから排出された場合においても、後段の反応容器においてＣＯ2を捕捉できる。反応容器前段でＨ2Ｏが捕捉飽和となり、出口ガスから排出された場合においても、後段のゼオライトにより捕捉可能であるが、一般にゼオライトはＣＯ2よりもＨ2Ｏを強く吸着するため、ゼオライトからＨ2Ｏを脱離させるためには、ＣＯ2を脱離させる場合よりも加熱・及び減圧に必要な負荷が高い。従って、本構成では前段の反応容器においてＨ2Ｏが捕捉飽和とならないように、Ｈ2Ｏ濃度を調整した方が消費エネルギーを低減できると考えられる。
前記反応容器及びＣＯ2捕捉材の組み合わせの例としては、前段にＣｅ、Ｃｅ以外の稀土類金属、及びジルコニウムから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物を用いたＣＯ2捕捉材を充填した反応容器を設置し、後段にシリカ、またはアルミナを用いたＨ2Ｏ捕捉材を充填した反応容器を設置する構成が挙げられる。本構成を用いた場合には、前段の反応容器においてＨ2Ｏのみが捕捉飽和となり、出口ガスから排出された場合においても、後段の反応容器においてＨ2Ｏを捕捉できる。前段の反応容器でＣＯ2が捕捉飽和となり、後段に流入した場合には、シリカ及びアルミナはＣＯ2捕捉性能が低いため、ＣＯ2除去が不完全となる可能性がある。従って本構成においては前段の反応容器中のＣＯ2濃度分布を測定する等、前段におけるＣＯ2の捕捉飽和を防止する必要がある。
前記ＣＯ2及びＨ2Ｏを含有する混合ガスはどのようなガスでも良く、例えば石炭火力発電所のボイラ排ガスや、自動車などの燃焼排ガス、微生物由来の発酵により発生するガス、大気、生物の呼気などが挙げられる。組成は限定しないが、例えばボイラ排ガスや燃焼排ガスの場合には、ＣＯ2及びＨ2Ｏの他、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ4）などのハイドロカーボン類、灰塵などが含まれる。前記ガスのうち、特にＮＯｘ、ＳＯｘ及び灰塵は前記捕捉材のＣＯ2捕捉性能を低下させると考えられるため、これらが多く含まれる場合には予め除去することが好ましい。
前記ＣＯ2除去装置におけるＨ2Ｏ濃度調整機器はどのような機器を用いても良い。例えば、Ｈ2Ｏの飽和蒸気圧の温度依存性を利用するＨ2Ｏ濃度調整器として、冷却式凝縮器があげられる。本機器は一般にはＨ2Ｏ濃度を低減させる目的で使用されるが、例えば温度を調整することでＨ2Ｏの飽和蒸気圧を上昇させ、前記ＣＯ2含有ガス中のＨ2Ｏ濃度を増加させるために使用しても良い。Ｈ2Ｏの飽和蒸気圧の温度依存性を利用するＨ2Ｏ濃度調整器としては、その他に温度が調整された液体の水（Ｈ2Ｏ）の中にガスを流通させることでガス中のＨ2Ｏ濃度を調整する機器があげられる。前記機器を用いる場合には水とガスとの接触面積を高めて効率を上げるため、バブラーなどの発泡機器を設置してもよい。このような構成を用いることで、適切なＨ2Ｏ濃度に管理することが出来る。
前記Ｈ2Ｏ濃度調整機器としては他にＨ2Ｏを捕捉する材を設置するＨ2Ｏ濃度調整器が挙げられる。Ｈ2Ｏを吸着する材はどのようなものでも良いが、例としては多孔体や水を吸収する機能を持つ樹脂などがあげられる。多孔体の成分はどのようなものでも構わないが、例えばシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）、セリウム酸化物（ＣｅＯ2）、ハイドロタルサイトなどの層状複水酸化物、ゼオライト、活性炭、樹脂材料などの有機化合物が挙げられる。
これら吸着材を用いた場合、ガス中のＨ2Ｏ濃度が高い場合にはＨ2Ｏを吸着し、Ｈ2Ｏが低い場合には逆に捕捉材の中のＨ2Ｏが脱離すると考えられるため、前記ＣＯ2含有ガス中のＨ2Ｏ濃度が急激に変化した場合においても、ＣＯ2捕捉材に接触するガス中のＨ2Ｏ濃度の変化を抑えることができる。
前記Ｈ2Ｏ濃度を調整する機器は、単一の機器を用いてもよいし、複数の種類の機器を組み合わせて使用してもよい。例えば、Ｈ2Ｏの飽和蒸気圧の温度依存性を利用してＨ2Ｏ濃度を調整する場合には、水（Ｈ2Ｏ）の気化もしくは水蒸気の凝縮による吸熱や発熱が発生するが、この量が多い場合には伝熱部分との温度差が大きくなり、適切に温度を制御できなくなることが考えられる。このような場合には複数のＨ2Ｏ濃度調節機器を用いてＨ2Ｏ濃度を精度よく制御することが好ましい。
前記Ｈ2Ｏ濃度を測定する機器としてはどのようなものでも良いが、例えば露点湿度計、電気抵抗式湿度計、熱伝導度式湿度計、乾湿級湿度計があげられる。計測したＨ2Ｏ濃度を基に前記Ｈ2Ｏ濃度調整器を用いてＨ2Ｏ濃度を調整するためには、Ｈ2Ｏ濃度を電気信号として出力し、その信号を基に前記Ｈ2Ｏ濃度調整器を制御することが好ましい。
前記Ｈ2Ｏ濃度を測定する機器を設置する場所は限定しないが、例えばＣＯ2捕捉材を充填した反応容器の上流側で測定する方法や、Ｈ2Ｏの捕捉量分布を測定し、捕捉飽和を予測するために反応管内部のＣＯ2捕捉材の充填層内部で測定する方法、及び捕捉飽和を観測するために反応管の下流側で測定する方法などが挙げられる。
前記Ｈ2Ｏ濃度調整器でＨ2Ｏ濃度を調整した後の混合ガスにおけるＨ2Ｏ濃度は特に限定しないが、例として２０ｐｐｍ以上であることが好ましく、２０００ｐｐｍ以上であっても良い。
Ｈ2Ｏ濃度はＣＯ2濃度から決定しても良い。この場合、ＣＯ2とのｍｏｌ比で０．５以上４０以下であることが好ましい。ＣＯ2とのｍｏｌ比で０．５以上に制御することで、固体の表面状態が変化し、脱離温度の低いＣＯ2の捕捉状態を形成でき、ＣＯ2を脱離させるために必要な加熱に必要なエネルギーを低減できる。ＣＯ2とのｍｏｌ比で４０以下に制御することで、ＣＯ2及びＨ2Ｏ捕捉材におけるＨ2Ｏの捕捉飽和がＣＯ2が捕捉飽和以前に発生することを防ぐことが出来る。
前記捕捉材にＣＯ2を捕捉した後に、ＣＯ2を脱離させる方法はどのような方法でも良い。例えば、捕捉材の温度を上昇させ、ＣＯ2を脱離させる温度スイング法、もしくは捕捉材の雰囲気を減圧してＣＯ2を脱離させる圧力スイング法、もしくはその両方を使用する温度・圧力スイング法が挙げられる。これら脱離方法は、ＣＯ2含有ガスの圧力やＣＯ2分圧、温度を勘案し、決定すればよい。
温度スイング法を用いる場合のＣＯ2捕捉材の加熱方法としては、加熱されたガスや液体などの熱媒を直接ＣＯ2捕捉材に接触させる方法、伝熱管などに加熱されたガスや液体などの熱媒を流通させ、伝熱面からの熱伝導により加熱させる方法、電気炉などにより電気的に発熱させてＣＯ2捕捉材を加熱する方法などがあげられる。
温度の高い加熱用ガスを捕捉材に接触させる場合においては、加熱用ガスはＣＯ2分離除去の用途などを勘案し、決定すればよい。例えば、脱離後に回収するＣＯ2濃度を高めたい場合には、加熱ガスとしてＣＯ2を用いればよい。加熱用ガスと脱離ガスを分離したい場合には、温度により飽和蒸気圧が大幅に変化するＨ2Ｏを用い、回収したガスを冷却することでＨ2Ｏを除去すればよい。脱離ガス中のＣＯ2濃度が低下しても問題が無い場合には、比較的安価に得られるＮ2、Ｏ2、もしくは大気ガスなどを用いればよい。
２つ以上の反応容器に異なるＣＯ2捕捉材もしくはＨ2Ｏ捕捉材を充填し、加熱ガスを流通させてＣＯ2及びＨ2Ｏを脱離させる構成においては、加熱ガスは各反応容器に別個に流通させても良い。この場合には、一方の捕捉材から脱離したガスが他方の捕捉材に影響を与えないという利点がある。または、反応容器同士を接続した状態で一方から加熱ガスを導入し、もう一方の反応容器まで加熱ガスを流通させたのちに排出する構成でも良い。この場合には、一方の捕捉材の加熱に用いたガスを再度利用するため、消費エネルギーを低減できる、また使用ガス量を低減できるという利点がある。この構成において、例えばＨ2Ｏの流入によりＣＯ2捕捉性能が低下する捕捉材を用いている場合には、脱離したＨ2Ｏが前記捕捉材に接触しないように加熱ガスの流通方向を制御することが好ましい。例えば、前段のＣＯ2捕捉材としてセリウム酸化物、後段のＣＯ2捕捉材としてゼオライトを用いた場合には、ガス流通方向を捕捉時と脱離時で変えた方が好ましい。ＣＯ2及びＨ2Ｏ捕捉時にはＣＯ2及びＨ2Ｏ含有ガスを前段から後段の方向へ流通させることで後段にはＨ2Ｏが流通しにくい構成とし、脱離時には加熱ガスを後段から前段へ流通させることで前段のセリウム酸化物から脱離したＨ2Ｏが後段のゼオライトに接触しにくい構成とでき、後段の反応容器におけるＣＯ2捕捉性能を保持しやすくなる。
圧力スイング法、もしくは温度・圧力スイング法を用いる場合の減圧の方法としては、ポンプなどコンプレッサーなどを用いる機械的手段があげられる。機械的手段から発生する振動などで材料の粉化などの影響がある場合には、捕捉材雰囲気中の水蒸気を冷却により飽和蒸気圧を低下させて凝縮させ、減圧する方法などが挙げられる。ＣＯ2捕捉材の周辺雰囲気のＣＯ2分圧を減圧する方法は、上記に加えＣＯ2以外のガスを流通させる方法が挙げられる。この際に使用するガスとしては、ＣＯ2と容易に分離できるガスが好ましく、特に冷却により容易に凝縮するという観点から水蒸気を使用する方法が挙げられる。
ＣＯ2捕捉材の周辺雰囲気を加圧する方法は、ポンプやコンプレッサーなどにより機械的に加圧する方法や、周辺雰囲気よりも圧力が高いガスを導入する方法が挙げられる。
前記捕捉材はどのような形状で使用しても良い。例えば粉状、ペレット状、及び粒状に成型する方法や、ハニカムに担持する方法が挙げられる。これらの形状は必要となる反応速度、圧力損失及び脱離ガス中のＣＯ2純度を鑑みて決定すればよい。また、空隙率については脱離ガス中のＣＯ2純度を高める場合には空隙率を小さくすればよい。例えば、粒状で空隙率が小さい場合には、圧力損失が大きくなるという欠点があるが、空隙内に残留するＣＯ2以外のガス量が少なくなるため、回収ガス中のＣＯ2純度を高められるという利点がある。一方、ハニカムに担持する場合には空隙率が高いため圧力損失を小さくできるが、空隙内に残留するＣＯ2以外のガス量が多くなるため、脱離ガス中のＣＯ2純度が低くなるという欠点がある。
ＣＯ2捕捉材を充填した反応容器はどのような構成及び運転方法としても構わない。例えば、粒状もしくは粉状のＣＯ2捕捉材を反応容器内に充填し、ＣＯ2捕捉材自体は移動させずにＣＯ2捕捉材容器に導入するガスや反応容器内の温度・圧力を変化させる固定床方式が挙げられる。本構成においては、捕捉材の移動が少ないために捕捉材同士、もしくは捕捉材と反応容器との摩耗による性能低下を低く抑えることが出来るという利点がある。また、充填密度を高めることが出来るため、空隙率が低く、容積あたりのＣＯ2除去量を高めることが出来ると考えられる。一方で、本構成を用いて、加熱用ガスを流通させて捕捉材を加熱し、ＣＯ2を脱離させる温度スイング法を行う場合等では、流通ガスの切り替えが必要となるため、配管や弁の構成が複雑となるという欠点がある。
流通ガスなどの切り替えを行わず、ＣＯ2捕捉材そのものを移動させる方法としては、例えばＣＯ2捕捉材を担持したハニカムローターと反応容器、及び反応容器内でガス流通を仕切るための仕切り板を設置し、流通するガスにより反応容器内をＣＯ2捕捉ゾーン、ＣＯ2加熱脱離ゾーン、ＣＯ2捕捉材冷却ゾーンなどに分けるローター方式がある。前記ハニカムを回転させることにより、内部のＣＯ2捕捉材は各ゾーンに移動し、ＣＯ2捕捉、ＣＯ2加熱脱離、ＣＯ2捕捉材冷却のサイクルを行う事が出来る。本構成においては、ＣＯ2捕捉材はハニカムに担持されており、ＣＯ2捕捉材自体の摩耗は少なく性能低下を低く抑えることが出来るという利点がある。また、流通ガスの切り替えが不要となるため、配管や弁の構成が簡潔になる。また、仕切り板の設置の変化により各ゾーンの大きさを決定でき、これによりＣＯ2捕捉時間、加熱脱離時間、及び冷却時間などの比を容易に決められる。一方で、空隙率が高く、容積あたりのＣＯ2除去量が低い、またＣＯ2脱離ガス中のＣＯ2濃度が低いという欠点がある。本方式で２つ以上の捕捉材を用いる場合には、２つ以上の反応容器を設置し、それぞれに異なる捕捉材を担持したハニカムローターを用いても良いし、１つのハニカムローターにおいて各捕捉材を担持する場所を分け、２種類以上の捕捉材を担持しても良い。例としてはハニカムローターの上流側にセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材、下流側にゼオライトを含むＣＯ2捕捉材を担持する方法が挙げられる。本構成においては、ＣＯ2及びＨ2Ｏ含有ガスは上流側から下流側の方向へ流通させ、加熱ガスは下流側から上流側の方向へ流通させることが、ゼオライトにＨ2Ｏが接触してＣＯ2捕捉性能が低減することを抑制する観点から好ましい。
流通ガスなどの切り替えを行わず、ＣＯ2捕捉材そのものを移動させる方法としては、他にもＣＯ2含有ガスが流通するＣＯ2捕捉反応容器と、捕捉材加熱用のガスが流通するＣＯ2捕捉材加熱用容器を設置し、前記容器の間を粒状もしくは粉状の捕捉材をコンベヤやブロアによる動力を用いて移動させることにより、捕捉と脱離を繰り返す流動床方式がある。本構成においては流通ガスの切り替えが不要となるため、配管や弁の構成が簡潔になる。また、捕捉時と脱離時において異なる空隙率を設定できるため、例えば脱離時には空隙率を低くなるよう設定し、ＣＯ2脱離ガス中のＣＯ2濃度を高めても良い。一方で、捕捉材そのものが移動するために、長期使用した場合には摩耗により性能が低下することが考えられる。ボイラ排ガスなどガス流量が非常に大きい場合には、コンベヤの代わりにガスにより捕捉材を吹き上げる方式を用いても良い。この場合、コンベヤと比較して機械部品が減るために簡潔な構成と出来る。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、硝酸セリウム六水和物（Ｃｅ（ＮＯ3）3・６Ｈ2Ｏ）、２８重量％アンモニア水については、いずれも和光純薬工業製のものを使用した。
（セリウム酸化物を用いたＣＯ2捕捉材）
精製水１０８０ｇに硝酸セリウム六水和物２６．０５ｇを室温で激しく撹拌しながら溶解させた。前記水溶液を撹拌しながら２８重量％のアンモニア水溶液を滴下しｐＨを９．０とした。８時間撹拌した後、１時間静置し、沈殿物を洗浄ろ過により収集した。その後、沈殿物を乾燥炉にて１２０℃で乾燥させ、大気雰囲気下の電気炉にて４００℃で１時間焼成し、得られたセリウム酸化物をＣＯ2捕捉材とした。
（ジルコニウム酸化物を用いたＣＯ2捕捉材）
第一稀元素製のジルコニウム酸化物（ＲＳＣ−１００）をＣＯ2捕捉材とした。
（ＣＯ2吸着試験−Ｈ2Ｏ流通なし）
以下に、Ｈ2Ｏを流通させずにＣＯ2を吸着させた場合の試験条件を示す。
成型及び設置：
ＣＯ2捕捉材は直径４０ｍｍの金型を使用して、プレス機により２００ｋｇｆでペレット化し、破砕したのち篩を用いて０．５〜１．０ｍｍの粒状に整粒した。その後、メスシリンダーを用いて１．０ｍｌを測り、石英ガラス製反応管中に固定した。
加熱前処理：
１５０ｍｌ／分でＨｅを流通させながら、電気炉を用いてＣＯ2捕捉材の温度を４００℃に上昇させて１時間保持して不純物及び捕捉材に吸着したガスを除去した。
冷却：
加熱前処理後、冷却してＣＯ2捕捉材温度を５０℃まで下げた。
吸着：
電気炉で試料温度を５０℃に保ちながらＣＯ2パルス捕捉試験によりＣＯ2捕捉量を測定した。サンプルガスとして１２体積％のＣＯ2と８８体積％のＨｅからなる混合ガス１０ｍｌをパルス状で４分おきに２分間導入し、反応管出口のＣＯ2濃度をガスクロマトグラフィにより測定した。パルス導入は反応管出口で測定されるＣＯ2が飽和するまで実施した。また、キャリアガスとしてＨｅを使用した。
昇温脱離：
電気炉で試料温度を昇温速度１０℃／分で４００℃まで加熱してＣＯ2の脱離量を測定した。
（ＣＯ2吸着試験−Ｈ2Ｏ流通あり）
Ｈ2Ｏを流通させた後にＣＯ2を吸着させた場合の試験条件を示す。ＣＯ2吸着試験−Ｈ2Ｏ流通なし、における測定方法において、冷却の後、吸着の前においてＨ2Ｏ流通処理を行った以外は同様の方法でＣＯ2吸着量を評価した。
Ｈ2Ｏ流通処理：
２５℃の水が入ったバブラー容器において、１５０ｍｌ／分でＨｅを１時間流通させた。処理中のＣＯ2捕捉材温度は電気炉で５０℃に設定した。
図１は、実施例１のＣＯ2捕捉材においてＣＯ2捕捉量をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。Ｈ2Ｏ流通により、ＣＯ2捕捉量は約１割低下した。
図２は、実施例１のＣＯ2捕捉材における昇温時のＣＯ2脱離割合をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。Ｈ2Ｏ流通がある場合は、５０℃から２００℃における比較的低温でのＣＯ2脱離量が多く、２００℃までにＣＯ2はほぼ全量脱離した。一方で、Ｈ2Ｏ流通が無い場合には３００℃まで昇温してもＣＯ2脱離は完了しなかった。本結果からＨ2Ｏ流通がＣＯ2脱離温度を低温化させる効果がある事がわかった。
図３は、セリウム酸化物を昇温するために必要な熱量を示したものであり、脱離ＣＯ2量あたりの熱量を示している。セリウム酸化物の比熱は３８２Ｊ/Ｋ・ｋｇとし、昇温に要する熱量Ｈは以下の式で算出した。なお、本試験でのセリウム酸化物のかさ密度は１．４１（ｋｇ／Ｌ）、ＣＯ2脱離量をＱd、脱離温度をＴdとして下記式（２）で算出した。
Ｈ＝ １０００（ｇ）/４４（ｇ/ｍｏｌ）×１０００/Ｑd（ｍｍｏｌ/Ｌ）
×１．４１（ｋｇ/Ｌ）×（Ｔd−５０）（Ｋ）×３８２(Ｊ/Ｋ・ｋｇ)・・・（２）
本結果から、Ｈ2Ｏ流通がある方が加熱に要するエネルギーが低くできることがわかった。
図４は、実施例２のＣＯ2捕捉材における昇温時のＣＯ2脱離割合をＨ2Ｏ流通の有無で比較したグラフである。Ｈ2Ｏ流通がある場合は、５０℃から２００℃におけるＣＯ2脱離量が多く、本結果からＨ2Ｏ流通がＣＯ2脱離温度を低温化させる効果がある事がわかった。
（比表面積の評価方法）
実施例１のセリウム酸化物におけるＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法を用いて−１９６℃での窒素の吸着等温線を測定し、比表面積を測定した。前処理として、真空引きを行いながら２００℃で加熱した。実施例１の比表面積は１３０ｍ2／ｇであった。
（Ｈ2Ｏ吸着等温線の計測）
実施例１のセリウム酸化物におけるＨ2Ｏ吸着等温線を計測した。前処理として、真空引きを行いながら２００℃で加熱した。その後真空引きを行いながら冷却し、試料温度は２５℃で保持しながらＨ2Ｏを吸着させた。
（Ｈ2Ｏ単分子層吸着量の算出）
実施例１のセリウム酸化物における表面にＨ2Ｏ単分子層を形成するための吸着量Ｑmlを算出した。前記ＢＥＴ法で求めた比表面積をＳA、アボガドロ数をＮA＝６．０２×１０23、Ｈ2Ｏの吸着断面積を１．２５×１０-19ｍ2とし、下記式（３）を用いて算出した。
Ｑml＝ＳＡ÷１．２５×１０-19÷６．０２×１０23×１０００・・・（３）
本計算の結果、Ｈ2Ｏ単分子層吸着量Ｑmlは１．８ｍｏｌ／ｋｇと算出された。
図５は、実施例１のセリウム酸化物におけるＨ2Ｏ吸着等温線を示したグラフである。本結果から実施例１におけるセリウム酸化物のＨ2Ｏ吸着量について、ＣＯ2吸着量と同量以上（３００ｍｏｌ／Ｌ÷１．４１ｋｇ／Ｌ＝０．２２ｍｏｌ／ｋｇ）となるためのＨ2Ｏ分圧は０．００２ｋＰａ以下であった。大気圧中で本Ｈ2Ｏ分圧となるためにはＨ2Ｏ濃度は約２０ｐｐｍあればよい。すなわち、本Ｈ2Ｏ濃度のガスを導入することが、Ｈ2Ｏ／ＣＯ2がｍｏｌ比で１以上反応するための条件と考えられる。前述の炭酸水素塩１ｍｏｌを形成するためには、表面にヒドロキシル基（−ＯＨ）１ｍｏｌが必要と考えられる。ヒドロキシル基の形成機構として、１ｍｏｌの表面酸素（Ｏ）と１ｍｏｌのＨ2Ｏが反応して２ｍｏｌのヒドロキシル基を生成すると仮定すると、Ｈ2Ｏ／ＣＯ2がｍｏｌ比で０．５以上あれば良く、Ｈ2Ｏ／ＣＯ2がｍｏｌ比で１．０以上あれば十分に反応が進むと推測される。上述の２０ｐｐｍのＨ2Ｏ濃度であればＨ2Ｏ／ＣＯ2がｍｏｌ比において１．０を超えることが可能である。また、セリウム酸化物表面をＨ2Ｏ単分子層が被覆できればヒドロキシル基の形成はさらに促進されると考えられる。Ｈ2Ｏ吸着量が、Ｈ2Ｏ単分子吸着量と同等となるためには必要なＨ2Ｏ分圧は０．２ｋＰａであった。大気中でＨ2Ｏ分圧となるためにはＨ2Ｏ濃度は約２０００ｐｐｍあればよい。
上記算出に関し、セリウム酸化物の比表面積が向上すればＣＯ2吸着量が増加するが、Ｈ2Ｏ吸着量も比表面積に比例して増加すると考えられるため、従って、他の材料においても実施例１を基に得られたＨ2Ｏ濃度の相関を利用できると考えている。
Ｈ2Ｏ濃度とＨ2Ｏ吸着量の相関は、捕捉材の温度により異なるが、Ｈ2Ｏにおいては当該温度における飽和蒸気圧との相対圧Ｐ／Ｐ0が同等であれば、Ｈ2Ｏ吸着量はほぼ同等となるという性質がある。従って、捕捉材の温度が変化した場合には当該温度での飽和蒸気圧を基にＨ2Ｏ濃度を決めても良い。
本願発明における固定床方式のＣＯ2除去装置において、実施例１のＣＯ2捕捉材を用い、室内へＣＯ2除去ガスを導入する例を図６に示す。実施例３におけるＣＯ2除去装置は、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１を流通させるための配管３０１と、凝縮器５０１と、凝縮器５０１で凝縮した水２０１を排出するための配管３０５と、Ｈ2Ｏ濃度計６０１と、Ｈ2Ｏ濃度計６０１からの信号を計算機１００２に入力するための手段１００１と、計算器１００２から凝縮器５０１を制御するための信号を出力するための手段１００３と、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１の流通を制御するための弁４０１と、反応容器７０１と、反応容器７０１内に粒状で充填した実施例１のセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材８０１と、反応容器内のガスを室内へ流通するため配管３０２と、配管３０２のガス流通を制御するための弁４０２と、加熱器９０１と、大気から取り込んだ加熱用ガス１０３を、反応容器７０１へさせるための配管３０３と、配管３０３のガス流通を制御するための弁４０３と、反応容器内のガスを大気へ排出するための配管３０４と、配管３０４のガス流通を制御するための弁４０４から構成される。
ＣＯ2を捕捉する場合には弁４０１及び４０２を開、弁４０３及び４０４を閉とすることで、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１はＣＯ2捕捉材８０１においてＣＯ2及びＨ2Ｏが捕捉され、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を除去したガスが室内に流通する。
ＣＯ2捕捉材において捕捉したＣＯ2を脱離させる場合には、弁４０３及び４０４を開、弁４０１及び４０２を閉とすることで、大気から取り込んだガス１０２は加熱器９０１により加熱されて反応容器７０１に流通し、ＣＯ2捕捉材８０１が加熱され、捕捉されたＣＯ2が脱離する。脱離したガスは配管３０４を流通して大気に放出される。
本願発明における固定床方式のＣＯ2除去装置において、実施例１のＣＯ2捕捉材を用い、２つの反応容器を用いて連続的にＣＯ2除去ガスを室内に流通させる例を図７に示す。実施例３の構成に、反応容器７０２と、反応容器７０２内に粒状で充填したセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材８０２と、反応容器７０２へＨ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１の流通するための配管３０６と、配管３０６のガス流通を制御するための弁４０６と、反応容器内のガスを室内へ流通するため配管３０７と、配管３０７のガス流通を制御するための弁４０７と、大気から取り込んだ加熱用ガス１０２を、反応容器７０２へさせるための配管３０８と、配管３０８のガス流通を制御するための弁４０８と、反応容器内のガスを大気へ排出するための配管３０９と、配管３０９のガス流通を制御するための弁４０９から構成される。
反応管７０１でＣＯ2を捕捉し、反応管７０２からＣＯ2を脱離する場合には弁４０１、４０２、４０８及び４０９を開、弁４０３、４０４、４０６及び４０７を閉とすれば良い。 反応管７０１でＣＯ2を脱離し、応管７０１でＣＯ2を捕捉する場合には弁４０３、４０４、４０６及び４０７を開、弁４０１、４０２、４０８及び４０９を閉とすればよい。本構成及び運転方法によりＣＯ2を除去したガスを連続的に室内に流通させることが可能である。
本願発明におけるローター方式のＣＯ2除去装置において、室内へＣＯ2除去ガスを導入する例を図８に示す。本ＣＯ2除去装置における反応容器７０１の内部には、実施例１のセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材を担持したハニカムローター８０１が設置されており、反応容器内の仕切り板７０２によってガス流通の経路が制限されるようになっている。反応容器７０１内のゾーン７０１Ａ、ゾーン７０１Ｂ、ゾーン７０１Ｃは前記仕切り板７０２によって定められるガス流通の範囲である。ハニカムローター８０１が回転させた場合においても、仕切り板７０２の位置は変わらないが、ハニカムローター８０１が回転することで、ハニカムローターにおけるガスの接触する場所は変化する。本構成ではゾーン７０１ＡにＨ2Ｏ及びＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2を捕捉させ（捕捉ゾーン）、ゾーン７０１Ｃには加熱器９０１において加熱したガスを流通させてＣＯ2を脱離させ（脱離ゾーン）、ゾーン７０１Ｂには大気から取り込んだガス１０３を流通して冷却させる（冷却ゾーン）。
本ＣＯ2除去装置は、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１を反応容器７０１におけるゾーン７０１Ａに流通させるための配管３０１と、凝縮器５０１と、凝縮器から凝縮水２０１を排出するための配管３０５と、Ｈ2Ｏ濃度計６０１と、Ｈ2Ｏ濃度計から計算機１００２に信号を入力するための手段１００１と、凝縮器５０１を制御するために計算機１００２から信号を出力するための手段１００２と、反応容器７０１と、反応容器７０１に設置したＣＯ2捕捉材を担持した回転可能なハニカムローター８０１と、反応容器内に設置したガス流通を仕切るための仕切り板７０２と、ゾーン７０１Ａから排出したガスを室内に流通するための配管３０２と、大気から取り込んだガス１０３をゾーン７０２Ｂに流通させるための配管３０３と、加熱器９０１と、ゾーン７０１Ｂから排出されたガスを加熱器９０１に流通させるための配管３０４と、加熱器９０１から排出されたガスをゾーン７０１Ｃへ流通させうるための配管３０６と、ゾーン７０１Ｃから排出されたガスを大気へ放出するための配管３０７から構成される。
本装置では、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガスはゾーン７０１Ａに流通することでハニカムローター内のＣＯ2捕捉材において捕捉され、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を除去したガスが室内に流通する。ハニカムローターの回転により、ＣＯ2を捕捉した部分はゾーン７０１Ｃに移動し、加熱されたガスを流通することでＣＯ2を脱離させる。加熱されてＣＯ2を脱離した部分は、ゾーン７０１Ｂに移動し、大気から取り込んだガスを用いて冷却される。冷却された部分はゾーン７０１Ａに移動することで再度ＣＯ2を捕捉する。
本構成では大気から取り込んだガス１０３をハニカムローターの冷却に用いるため、本ガスは加熱される。このガスを用いて更に加熱器９０１で加熱しているため、加熱器９０１の負荷を低減できる。
本願発明において、複数のＣＯ2捕捉材及び複数の反応容器を用いてＨ2Ｏ及びＣＯ2を除去するための構成を図９に示す。本実施例ではＣＯ2捕捉材として、セリウム酸化物とゼオライトを用いる。本装置はＨ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス１０１を反応管７０１に流通させるための配管３０１と、反応管７０１に充填された実施例１のセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材８０１と、凝縮器５０１と、凝縮器から凝縮水を排出するための配管３０５と、Ｈ2Ｏ濃度計６０１と、Ｈ2Ｏ濃度計から計算機１００２に信号を入力するための手段１００１と、凝縮器５０１を制御するために計算機１００２から信号を出力するための手段１００２と、加熱用ガスを流通させるための配管３０２と、反応管７０１から排出されたガスを室内へ流通するための配管３０３と、配管３０３のガス流通を制御するための弁４０３と、反応管７０１からガスを大気へ放出するための配管３０４と、配管３０４のガス流通を制御するための弁４０４と、更に反応管７０１から排出されるガス中のＨ2Ｏ濃度を測定するためのＨ2Ｏ濃度計６０２と、ＣＯ2濃度計６０３と、反応管７０２と、反応管に充填されたゼオライトを含む捕捉材８０２と、反応管７０１から反応管７０２へガスを流通させるための配管３０６と、配管３０６のガス流通を制御するための弁４０６と、反応管７０２から排出されたガスを室内へ流通するための配管３０７と、配管３０７のガス流通を制御するための弁４０７と、反応管７０２からガスを大気へ放出するための配管３０９と、配管３０９のガス流通を制御するための弁４０９と、加熱用ガスを反応管７０１に流通するための配管３０８と、配管３０８のガス流通を制御するための弁４０８から構成される。
例えば、ＣＯ2捕捉材８０１においてＨ2Ｏのみが捕捉飽和となりやすい場合には後段の反応管７０２における捕捉材８０２にＨ2Ｏを選択的に補足する捕捉材を充填しておけばよい。逆にＣＯ2捕捉材８０１においてＣＯ2のみが補足飽和となりやすい場合には、後段の反応管７０２における捕捉材８０２にＣＯ2を選択的に補足する捕捉材を充填することで、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を除去したガスを安定して室内へ流通できる。
本願発明において、複数のＣＯ2捕捉材及び複数の反応容器を用いてＨ2Ｏ及びＣＯ2を除去するための構成を図１０に示す。本構成ではＣＯ2捕捉材としてセリウム酸化物、及びゼオライトを用いている。本構成においては反応容器７０１にはセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材８０１を、反応容器７０２にはゼオライトを含むＣＯ2捕捉材を用いている。Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガスからＨ2Ｏ及びＣＯ2を除去する際にはガス流通の流れ方向は反応容器７０１から反応容器７０２となっているが、Ｈ2Ｏ及びＣＯ2を加熱ガスの流通により除去する際には加熱ガス流通の流れは反応容器７０２から反応容器７０１に流れるように各弁の開閉を調整する。これはセリウム酸化物を含むＣＯ2捕捉材８０１から脱離したＨ2Ｏが、反応容器７０２中のゼオライトに接触することで、Ｈ2Ｏがゼオライト中に強く捕捉されることを防ぐためである。
101 Ｈ2Ｏ及びＣＯ2含有ガス
103 加熱用ガス
301、302、303、304 配管
401、402、403、404 弁
501 凝縮器
601 Ｈ2Ｏ濃度計
701 反応容器
801、802 ＣＯ2捕捉材
901 加熱器

Claims (10)

  1. ガス中のＨ2Ｏ及びＣＯ2を捕捉する捕捉材と、
    前記捕捉材が内部に設置され、２つ以上有する反応容器と、
    前記ガス中のＨ2Ｏ濃度を計測するためのＨ2Ｏ計測器と、
    前記Ｈ2Ｏ計測器で得た情報を基にＨ2Ｏ濃度を調整するＨ2Ｏ濃度調整機器と、
    前記Ｈ2Ｏ濃度調整機器から前記反応容器にＨ ２ Ｏ及びＣＯ ２ を含む前記ガスを導入して前記捕捉材に接触させるためのガス導入路と、
    前記ガスを前記捕捉材に接触させた後に前記反応容器から排出するための第一のガス排出路と、
    前記捕捉材から脱離したガスを前記反応容器から排出するための第二のガス排出路と、を含み、
    前記捕捉材は、セリウムを含む酸化物もしくは複合酸化物を含む捕捉材Ａと、少なくともゼオライトを含む捕捉材Ｂと、を含み、
    前記ガスからＣＯ2もしくはＨ2Ｏもしくはその両方を除去する場合において、前記ガスの流通方向が前記捕捉材Ａから前記捕捉材Ｂの方向であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
  2. 請求項１に記載のＣＯ2除去装置において、
    前記捕捉材を加熱する加熱手段を有することを特徴とするＣＯ2除去装置。
  3. 請求項１に記載のＣＯ2除去装置において、
    加熱用流体が前記捕捉材に接触するように構成され、
    前記加熱用流体が、ＣＯ2、水蒸気、Ｎ2、燃焼排ガス、及び、大気から取り込んだ後に加熱して得たガス、から選ばれる少なくとも１つのガスを含む流体であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
  4. 請求項３に記載のＣＯ2除去装置であって、
    前記ガスの流通方向と、前記加熱流体の流通方向が同一方向であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
  5. 請求項３に記載のＣＯ2除去装置であって、
    前記ガスの流通方向と、前記加熱流体の流通方向が逆方向であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
  6. 請求項１に記載のＣＯ2除去装置において、
    前記捕捉材よりも高温の熱媒を伝熱機器に流通させ、伝熱機器からの伝熱により前記捕捉材を加熱するための機器を含むことを特徴とするＣＯ2除去装置。
  7. 請求項２に記載のＣＯ2除去装置において、
    前記加熱手段は、電力により加熱する機器であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
  8. 請求項１〜７の何れかに記載のＣＯ2除去装置において、
    前記反応容器を減圧するための減圧機器を有することを特徴とするＣＯ2除去装置。
  9. 請求項１〜８の何れかに記載のＣＯ2除去装置において、
    前記反応容器を加圧するための加圧機器を有することを特徴とするＣＯ2除去装置。
  10. 請求項１〜９の何れかに記載のＣＯ2除去装置において、
    前記ガスが周辺の大気圧よりも高圧であることを特徴とするＣＯ2除去装置。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017057756A1 (ja) * 2015-10-02 2017-04-06 株式会社三徳 二酸化炭素吸着材及びそれを含む成形体
JP6642590B2 (ja) * 2016-01-21 2020-02-05 日立化成株式会社 二酸化炭素分離回収装置、これを用いた燃焼システム及び火力発電システム並びに二酸化炭素の分離回収方法
US10895417B2 (en) * 2016-03-25 2021-01-19 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for the production of air gases by the cryogenic separation of air with improved front end purification and air compression
US11065611B2 (en) * 2016-10-05 2021-07-20 Monsanto Technology Llc Emission control during catalyst regeneration
WO2018150582A1 (ja) * 2017-02-20 2018-08-23 日立化成株式会社 空調装置及び空調システム
CA3053097A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Hitachi Chemical Company, Ltd. Carbon dioxide removal device and method for recovering carbon dioxide adsorption capacity of adsorbent
JP6983400B2 (ja) * 2017-08-30 2021-12-17 国立大学法人広島大学 二酸化炭素吸着剤、二酸化炭素吸着剤の再生方法、および、脱離型の層状金属水酸化物の製造方法
JP6510702B1 (ja) * 2018-03-28 2019-05-08 株式会社西部技研 ガス回収濃縮装置
JP7117700B2 (ja) * 2018-07-12 2022-08-15 国立研究開発法人物質・材料研究機構 硫化水素徐放剤を含む包装体及びその製造方法、並びに硫化水素徐放剤、硫化水素徐放体及びそれらを用いた硫化水素の発生方法
JP7205866B2 (ja) * 2018-08-28 2023-01-17 株式会社西部技研 ハニカム吸着体及びそれを用いた除湿空調装置
ES2751176B2 (es) * 2018-09-29 2021-07-21 Bluegeneration S L Instalación y procedimiento para recuperar sustancias gaseosas a partir de corrientes gaseosas
CN109529563A (zh) * 2018-12-10 2019-03-29 湖北航天化学技术研究所 一种二氧化碳净化装置和二氧化碳吸收剂药包
US11137205B2 (en) 2018-12-21 2021-10-05 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for eliminating heat bumps following regeneration of adsorbers in an air separation unit
US11029086B2 (en) 2018-12-21 2021-06-08 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for reducing process disturbances during pressurization of an adsorber in an air separation unit
CN111422872B (zh) * 2019-01-10 2022-01-25 国家能源投资集团有限责任公司 从产生二氧化碳的资产组捕获二氧化碳的系统和方法
JP7570081B2 (ja) * 2019-02-28 2024-10-21 国立大学法人広島大学 二酸化炭素の吸着方法、および二酸化炭素の脱離方法
CN110787587A (zh) 2019-11-08 2020-02-14 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种空分纯化均压系统及控制方法
WO2022235664A2 (en) * 2021-05-04 2022-11-10 Susteon Inc. Systems and processes for removal of carbon dioxide (co2) from co2-containing gases using alkali metal adsorbents
DE102022116394A1 (de) * 2022-06-30 2024-01-04 Elementar Analysensysteme Gmbh Absorptionsmittel zur quantitativen Entfernung von Kohlendioxid aus einem Gasstrom sowie Verwendung desselben
JP2024034883A (ja) * 2022-09-01 2024-03-13 三菱重工業株式会社 二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法
WO2024086916A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-02 Niall Davidson Carbon capture in an air-cooled data center or crypto-mine
WO2024214570A1 (ja) * 2023-04-12 2024-10-17 日本碍子株式会社 酸性ガス回収システムおよび酸性ガスの回収方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619130A (en) * 1968-08-27 1971-11-09 Frank J Ventriglio Method of removing carbon dioxide from gaseous mixtures
DE2064137B2 (de) * 1970-12-28 1971-09-16 Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven entfernen von wasser und einer oder mehreren anderen komponenten aus gasen
JPS63252528A (ja) * 1987-04-10 1988-10-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 空気の浄化方法
JPH01236915A (ja) * 1988-03-17 1989-09-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 固体アミンによるｃｏ↓２除去装置の制御方法
JPH0691127A (ja) * 1992-09-14 1994-04-05 Matsushita Electric Works Ltd 吸着分離装置
JPH07124434A (ja) * 1993-11-05 1995-05-16 Nippondenso Co Ltd 酸素富化空気生成装置
JPH10137533A (ja) * 1996-11-08 1998-05-26 Agency Of Ind Science & Technol 燃焼排ガス中の特定ガス成分の回収方法
US5989313A (en) * 1997-12-19 1999-11-23 Praxair Technology, Inc. Method for operation of an air prepurifier which takes into account inlet air conditions
JPH11244652A (ja) * 1998-03-02 1999-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭酸ガス吸着剤、炭酸ガス吸着体、炭酸ガス除去方法及び炭酸ガス除去装置
JP3917871B2 (ja) * 2002-02-01 2007-05-23 三菱重工業株式会社 ガス吸着エレメント
JP2004149393A (ja) * 2002-11-01 2004-05-27 Japan Pionics Co Ltd 不活性ガスの精製方法
EA022563B1 (ru) 2007-05-18 2016-01-29 Эксонмобил Рисерч Энд Инджиниринг Компани Способ удаления целевого газа из смеси газов
US7959720B2 (en) 2007-05-18 2011-06-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Low mesopore adsorbent contactors for use in swing adsorption processes
US7846237B2 (en) * 2008-04-21 2010-12-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cyclical swing adsorption processes
JP2010184229A (ja) * 2009-01-19 2010-08-26 Hitachi Ltd 二酸化炭素吸着材及びこれを用いた二酸化炭素回収装置
WO2014012963A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-23 Antecy B.V. Materials and process for reversible adsorption of carbon dioxide
JP5664674B2 (ja) 2013-01-31 2015-02-04 住友大阪セメント株式会社 光学素子
WO2015082567A1 (en) 2013-12-03 2015-06-11 Antecy B.V. Moisture swing carbon dioxide enrichment process

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