JP2000262890A - 炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離方法および炭酸ガス分離装置 - Google Patents
炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離方法および炭酸ガス分離装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】炭化水素を燃焼させる装置からの排出ガス中の
炭酸ガスを高温下で直接かつ低エネルギー消費量、高効
率で分離回収することが可能であり、かつ従来に比べて
軽量化された炭酸ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分
離方法および炭酸ガス分離装置を提供することを課題と
する。 【解決手段】一般式LixSiyOz［ただし、x 、y、zはx+４y-
２z=０を満たす整数］で表されるリチウムシリケートの
うちから選ばれる少なくとも１種以上を含有することを
特徴とする。
炭酸ガスを高温下で直接かつ低エネルギー消費量、高効
率で分離回収することが可能であり、かつ従来に比べて
軽量化された炭酸ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分
離方法および炭酸ガス分離装置を提供することを課題と
する。 【解決手段】一般式LixSiyOz［ただし、x 、y、zはx+４y-
２z=０を満たす整数］で表されるリチウムシリケートの
うちから選ばれる少なくとも１種以上を含有することを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を主成分
とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラン
ト、自動車から発生する排気ガス中の炭酸ガスを分離回
収するシステム、または燃料供給部におけるガスの精製
に利用される炭酸ガス吸収材および炭酸ガス分離方法お
よび炭酸ガス分離装置に係わる。
とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラン
ト、自動車から発生する排気ガス中の炭酸ガスを分離回
収するシステム、または燃料供給部におけるガスの精製
に利用される炭酸ガス吸収材および炭酸ガス分離方法お
よび炭酸ガス分離装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】発動機等の炭化水素を主成分とする燃料
を燃焼させる装置においては、炭酸ガスの回収に適した
場所である排気ガス放出部分の温度が３００℃以上の高
温になることが多い。ところで、炭酸ガスの分離方法と
しては従来より酢酸セルロースを用いる方法、アルカノ
ールアミン系溶媒による化学吸収法等が知られている。
しかしながら、前述した分離方法はいずれも導入ガス温
度を２００℃以下に押さえる必要がある。したがって、
高温度でのリサイクルを要する排気ガスに対しては一
旦、熱交換器等により２００℃以下に排気ガスを冷却す
る必要があり、結果的に炭酸ガス分離のためのエネルギ
ー消費量が多くなるという問題があった。
を燃焼させる装置においては、炭酸ガスの回収に適した
場所である排気ガス放出部分の温度が３００℃以上の高
温になることが多い。ところで、炭酸ガスの分離方法と
しては従来より酢酸セルロースを用いる方法、アルカノ
ールアミン系溶媒による化学吸収法等が知られている。
しかしながら、前述した分離方法はいずれも導入ガス温
度を２００℃以下に押さえる必要がある。したがって、
高温度でのリサイクルを要する排気ガスに対しては一
旦、熱交換器等により２００℃以下に排気ガスを冷却す
る必要があり、結果的に炭酸ガス分離のためのエネルギ
ー消費量が多くなるという問題があった。
【０００３】一方、特開平９- ９９２１４号公報には約
５００℃を超える温度域で作用するリチウムジルコネー
トからなる炭酸ガス吸収材が知られているが、リチウム
ジルコネートを形成する母材酸化物である酸化ジルコニ
ウムの重量が大きいため、吸収材自体の重量が大きくな
るという問題があった。
５００℃を超える温度域で作用するリチウムジルコネー
トからなる炭酸ガス吸収材が知られているが、リチウム
ジルコネートを形成する母材酸化物である酸化ジルコニ
ウムの重量が大きいため、吸収材自体の重量が大きくな
るという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の炭酸ガス吸収材
は、約５００℃を超える温度域で作用する事ができるた
め炭酸ガス分離のためのエネルギー消費量を抑える事が
できるが、吸収材料の重量が重いと言う問題があった。
は、約５００℃を超える温度域で作用する事ができるた
め炭酸ガス分離のためのエネルギー消費量を抑える事が
できるが、吸収材料の重量が重いと言う問題があった。
【０００５】本発明は、上記課題を克服するためになさ
れたものであり、約５００℃を超える温度域で作用する
とう高性能を維持しつつ、軽量化された新規材料の炭酸
ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分離方法および炭酸
ガス分離装置を提供することを課題とする。
れたものであり、約５００℃を超える温度域で作用する
とう高性能を維持しつつ、軽量化された新規材料の炭酸
ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分離方法および炭酸
ガス分離装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の炭酸ガス吸収
材は、一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を
満たす整数である）で表されるリチウムシリケートから
なる群から選ばれることを特徴とする。
材は、一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を
満たす整数である）で表されるリチウムシリケートから
なる群から選ばれることを特徴とする。
【０００７】請求項２の炭酸ガス分離方法は、炭酸ガス
を含む気体に炭酸ガス吸収材を接触させて前記炭酸ガス
を含む気体から前記炭酸ガスを分離するのに際し、前記
炭酸ガス吸収材は一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４
y-２z=０を満たす整数である）で表されるリチウムシリ
ケートからなる群から選ばれることを特徴とする。特に
この場合の炭酸ガス吸収材の使用温度は４５０〜７００
℃である事が望ましい。
を含む気体に炭酸ガス吸収材を接触させて前記炭酸ガス
を含む気体から前記炭酸ガスを分離するのに際し、前記
炭酸ガス吸収材は一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４
y-２z=０を満たす整数である）で表されるリチウムシリ
ケートからなる群から選ばれることを特徴とする。特に
この場合の炭酸ガス吸収材の使用温度は４５０〜７００
℃である事が望ましい。
【０００８】請求項３の炭酸ガス分離方法は、炭酸ガス
を吸収した炭酸ガス吸収材を加熱して前記炭酸ガスを分
離するのに際し、前記炭酸ガス吸収材は一般式LixSiyOz
（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を満たす整数である）で
表されるリチウムシリケートからなる群から選ばれるこ
とを特徴とする。特に、この場合の炭酸ガス吸収材の使
用温度は７１０℃〜８００℃である事が望ましい。
を吸収した炭酸ガス吸収材を加熱して前記炭酸ガスを分
離するのに際し、前記炭酸ガス吸収材は一般式LixSiyOz
（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を満たす整数である）で
表されるリチウムシリケートからなる群から選ばれるこ
とを特徴とする。特に、この場合の炭酸ガス吸収材の使
用温度は７１０℃〜８００℃である事が望ましい。
【０００９】請求項４の炭酸ガス分離装置は、炭酸ガス
導入口および生成ガス排出口を有する反応容器と、この
反応容器に収納され炭酸ガスとの反応により炭酸塩を生
成する一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を
満たす整数である）で表されるリチウムシリケートから
なる群から選ばれる炭酸ガス吸収材とを具備し、前記反
応容器の外周に前記反応容器に熱を供給する手段を有す
ることを特徴とする。
導入口および生成ガス排出口を有する反応容器と、この
反応容器に収納され炭酸ガスとの反応により炭酸塩を生
成する一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を
満たす整数である）で表されるリチウムシリケートから
なる群から選ばれる炭酸ガス吸収材とを具備し、前記反
応容器の外周に前記反応容器に熱を供給する手段を有す
ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】上記課題を達成するために、本発
明者らは鋭意研究を重ねた結果、母材酸化物を酸化ジル
コニウムに比べて軽量である二酸化珪素とし、さらに１
mol のリチウムシリケートと２mol 以上の炭酸ガスが反
応するように、リチウムシリケートの一般式、LixSiyOz
のx を４以上とする材料が、高温で作用する炭酸ガス吸
収材の著しい軽量化を図れることを見出し、本発明の炭
酸ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分離方法および炭
酸ガス分離装置を発明するに至った。
明者らは鋭意研究を重ねた結果、母材酸化物を酸化ジル
コニウムに比べて軽量である二酸化珪素とし、さらに１
mol のリチウムシリケートと２mol 以上の炭酸ガスが反
応するように、リチウムシリケートの一般式、LixSiyOz
のx を４以上とする材料が、高温で作用する炭酸ガス吸
収材の著しい軽量化を図れることを見出し、本発明の炭
酸ガス吸収材、これを用いた炭酸ガス分離方法および炭
酸ガス分離装置を発明するに至った。
【００１１】このリチウムシリケートには、さらにリチ
ウム、ナトリウムおよびカリウムから選ばれるアルカリ
の炭酸塩が添加されることを許容する。このような炭酸
塩を添加することによって、得られた吸収材の炭酸ガス
の吸収・放出反応が促進される。炭酸塩の添加量は、前
記リチウムシリケートに対して５〜３０mol%にすること
が好ましい。炭酸塩の添加量を５mol%未満にすると、炭
酸ガスの吸収反応の促進効果を十分に発揮することが困
難になる。一方、炭酸塩の添加量が３０mol%を超えると
炭酸ガスの吸収反応の促進効果が飽和したり、吸収材の
容積当たりの炭酸ガス吸収量が低下する恐れがある。よ
り好ましい前記炭酸塩の添加量は、前記リチウムジルコ
ネートに対して１０〜２０mol%である。
ウム、ナトリウムおよびカリウムから選ばれるアルカリ
の炭酸塩が添加されることを許容する。このような炭酸
塩を添加することによって、得られた吸収材の炭酸ガス
の吸収・放出反応が促進される。炭酸塩の添加量は、前
記リチウムシリケートに対して５〜３０mol%にすること
が好ましい。炭酸塩の添加量を５mol%未満にすると、炭
酸ガスの吸収反応の促進効果を十分に発揮することが困
難になる。一方、炭酸塩の添加量が３０mol%を超えると
炭酸ガスの吸収反応の促進効果が飽和したり、吸収材の
容積当たりの炭酸ガス吸収量が低下する恐れがある。よ
り好ましい前記炭酸塩の添加量は、前記リチウムジルコ
ネートに対して１０〜２０mol%である。
【００１２】本実施の形態の炭酸ガス吸収材は、例えば
平均粒径０. １〜５. ０mmの粒子からなる多孔質体の形
態を有する。この多孔質体の気孔率は、３０％〜５０％
であることが好ましい。このような多孔質体において、
添加されるリチウム、ナトリウムおよびカリウムから選
ばれるアルカリの炭酸塩はその細孔に保持される。
平均粒径０. １〜５. ０mmの粒子からなる多孔質体の形
態を有する。この多孔質体の気孔率は、３０％〜５０％
であることが好ましい。このような多孔質体において、
添加されるリチウム、ナトリウムおよびカリウムから選
ばれるアルカリの炭酸塩はその細孔に保持される。
【００１３】このような多孔質体構造の炭酸ガス吸収材
は、例えば次のような方法により作製される。まず、二
酸化珪素および炭酸リチウムを所定量秤量し、メノウ乳
鉢等で０. １〜１h 混合する。得られた混合粉末をアル
ミナるつぼに入れ、大気中、箱型電気炉等で０. ５〜２
０時間熱処理する。その後再びメノウ乳鉢で平均粒径が
０. １〜５. ０mmとなるまで粉砕し、リチウムシリケー
ト原料粉末を得る。続いてこのリチウムシリケート粉末
を所定量秤量し、金型に充填し、圧縮成形して気孔率４
０％前後例えば３５〜４５％の成形体とすることにより
多孔質体構造の炭酸ガス吸収材を作製する。
は、例えば次のような方法により作製される。まず、二
酸化珪素および炭酸リチウムを所定量秤量し、メノウ乳
鉢等で０. １〜１h 混合する。得られた混合粉末をアル
ミナるつぼに入れ、大気中、箱型電気炉等で０. ５〜２
０時間熱処理する。その後再びメノウ乳鉢で平均粒径が
０. １〜５. ０mmとなるまで粉砕し、リチウムシリケー
ト原料粉末を得る。続いてこのリチウムシリケート粉末
を所定量秤量し、金型に充填し、圧縮成形して気孔率４
０％前後例えば３５〜４５％の成形体とすることにより
多孔質体構造の炭酸ガス吸収材を作製する。
【００１４】以上説明した本実施の形態に関わる炭酸ガ
ス吸収材は、一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２
z=０を満たす整数である）で表されるリチウムシリケー
トのうちから選ばれる少なくとも１種以上を含有する
が、上記リチウムシリケートは、次の式( １) に示すよ
うに炭酸ガスと反応してリチウム炭酸塩を生成する。
ス吸収材は、一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２
z=０を満たす整数である）で表されるリチウムシリケー
トのうちから選ばれる少なくとも１種以上を含有する
が、上記リチウムシリケートは、次の式( １) に示すよ
うに炭酸ガスと反応してリチウム炭酸塩を生成する。
【００１５】 LixSiyOz+x/２CO2→x/２Li2CO3+ySiO 2 … … (１) また、特定温度以上に加熱することにより式( １) の逆
反応の式( ２) が起こり、 炭酸ガスを放出する。 x/ ２Li2CO3+ySiO 2→LixSiyOz+x/ ２CO2 … … (２) リチウムシリケートは、従来のリチウムジルコネートに
比べて軽量であり、かつx の値を４以上とすることによ
り１mol のリチウムシリケートで炭酸ガスを２mol 以上
吸収することができることから、単位重量当たりの炭酸
ガス吸収量が著しく向上する。
反応の式( ２) が起こり、 炭酸ガスを放出する。 x/ ２Li2CO3+ySiO 2→LixSiyOz+x/ ２CO2 … … (２) リチウムシリケートは、従来のリチウムジルコネートに
比べて軽量であり、かつx の値を４以上とすることによ
り１mol のリチウムシリケートで炭酸ガスを２mol 以上
吸収することができることから、単位重量当たりの炭酸
ガス吸収量が著しく向上する。
【００１６】また、さらにリチウム、ナトリウムおよび
カリウムから選ばれるアルカリの炭酸塩を添加すること
によって、炭酸ガスの吸収・放出反応をより効率的に行
なうことが可能な炭酸ガス吸収材を得ることが可能にな
る。
カリウムから選ばれるアルカリの炭酸塩を添加すること
によって、炭酸ガスの吸収・放出反応をより効率的に行
なうことが可能な炭酸ガス吸収材を得ることが可能にな
る。
【００１７】図１は本発明の炭酸ガス分離装置の概略断
面図である。反応容器である第１、第２の吸収筒１1、
１2は、内管２1、２2と外管３1、３2とからなる二重構
造になっている。ここでは、反応容器である内管２1、
２2の外周に第２の吸収筒１1、１2が配置・形成されて
おり内管２1、２2に熱を供給する手段として働く様にな
っている。例えば薄片状のリチウムシリケート４1、４2
は、第１、第２の吸収筒１1、１2の内管２1、２2内にそ
れぞれ充填されている。炭酸ガス含有ガス供給管５から
分岐された第１、第２の炭酸ガス含有ガス供給分岐管６
1、６2は、第１、第２の吸収筒１1、１2の内管２1、２2
の上部にそれぞれ連結されている。第１、第２のバルブ
７1、７2は、第１、第２のガス供給分岐管６1、６2にそ
れぞれ介在する様になっている。
面図である。反応容器である第１、第２の吸収筒１1、
１2は、内管２1、２2と外管３1、３2とからなる二重構
造になっている。ここでは、反応容器である内管２1、
２2の外周に第２の吸収筒１1、１2が配置・形成されて
おり内管２1、２2に熱を供給する手段として働く様にな
っている。例えば薄片状のリチウムシリケート４1、４2
は、第１、第２の吸収筒１1、１2の内管２1、２2内にそ
れぞれ充填されている。炭酸ガス含有ガス供給管５から
分岐された第１、第２の炭酸ガス含有ガス供給分岐管６
1、６2は、第１、第２の吸収筒１1、１2の内管２1、２2
の上部にそれぞれ連結されている。第１、第２のバルブ
７1、７2は、第１、第２のガス供給分岐管６1、６2にそ
れぞれ介在する様になっている。
【００１８】炭酸ガス回収用ガス供給管８から分岐され
た第１、第２のガス供給分岐管９1、９2は、各吸収筒１
1、１2の内管２1、２2の上部にそれぞれ連結されてい
る。第３、第４のバルブ７3、７4、は第２のガス供給分
岐管９1、９2にそれぞれ介在する様になっている。
た第１、第２のガス供給分岐管９1、９2は、各吸収筒１
1、１2の内管２1、２2の上部にそれぞれ連結されてい
る。第３、第４のバルブ７3、７4、は第２のガス供給分
岐管９1、９2にそれぞれ介在する様になっている。
【００１９】第１、第２のガス排出分岐管１０1、１０2
は、前記吸収筒１1、１2の内管２1、２2の下部にそれぞ
れ連結され、かつこれらの分岐管１０1、１０2の他端は
処理ガス排出管１１に連結されている。第５バルブ７5
は、前記排出管１１に介装されている。第１、第２の回
収ガス排出分岐管１２1、１２2は、前記吸収筒１１、１
２の内管２1、２2の下部にそれぞれ連結され、かつこれ
らの分岐管１２1、１２2の他端は回収ガス排出管１３に
連結されている。第６バルブ７６は、前記回収ガス排出
管１３に介装されている。
は、前記吸収筒１1、１2の内管２1、２2の下部にそれぞ
れ連結され、かつこれらの分岐管１０1、１０2の他端は
処理ガス排出管１１に連結されている。第５バルブ７5
は、前記排出管１１に介装されている。第１、第２の回
収ガス排出分岐管１２1、１２2は、前記吸収筒１１、１
２の内管２1、２2の下部にそれぞれ連結され、かつこれ
らの分岐管１２1、１２2の他端は回収ガス排出管１３に
連結されている。第６バルブ７６は、前記回収ガス排出
管１３に介装されている。
【００２０】燃料ガスを燃焼する燃焼器１４は、第１吸
収筒１1に隣接して配置されている。一端が燃焼器１４
に連結された燃焼ガス供給管１５から分岐された第１、
第２の燃焼ガス供給分岐管１６1、１６2は、前記吸収筒
１1、１2の外管３1、３2の下部側面にそれぞれ連結され
ている。第７、第８のバルブ７7、７8は、第１、第２の
燃焼ガス供給分岐管１６1、１６2にそれぞれ介装されて
いる。第１、第２の排気管１７1、１７2は、内管２1、
２2と外管３1、３2で形成される環状空間と連通するよ
うに第１、第２の吸収筒１1、１2の上部にそれぞれ連結
されている。燃焼器１４に燃料ガスを導入すると、ここ
で燃焼された燃焼ガスは、燃焼ガス供給管１５および第
１、第２の供給分岐管１６1、１６2を通して吸収筒
１1、１2の環状空間にそれぞれ供給され、これら空間を
流通して第１、第２の排気管１７1、１７2から排気され
る。燃焼ガスが前記空間を流通する間に内管２1、２2内
に充填されたリチウムシリケート４1、４2が加熱され
る。
収筒１1に隣接して配置されている。一端が燃焼器１４
に連結された燃焼ガス供給管１５から分岐された第１、
第２の燃焼ガス供給分岐管１６1、１６2は、前記吸収筒
１1、１2の外管３1、３2の下部側面にそれぞれ連結され
ている。第７、第８のバルブ７7、７8は、第１、第２の
燃焼ガス供給分岐管１６1、１６2にそれぞれ介装されて
いる。第１、第２の排気管１７1、１７2は、内管２1、
２2と外管３1、３2で形成される環状空間と連通するよ
うに第１、第２の吸収筒１1、１2の上部にそれぞれ連結
されている。燃焼器１４に燃料ガスを導入すると、ここ
で燃焼された燃焼ガスは、燃焼ガス供給管１５および第
１、第２の供給分岐管１６1、１６2を通して吸収筒
１1、１2の環状空間にそれぞれ供給され、これら空間を
流通して第１、第２の排気管１７1、１７2から排気され
る。燃焼ガスが前記空間を流通する間に内管２1、２2内
に充填されたリチウムシリケート４1、４2が加熱され
る。
【００２１】吸収筒１1、１2の内管２1、２2に流通する
ガスの時間当たりの流通モル数は、リチウムシリケート
４1、４2の充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に
設定している。ガスの時間当たりの流通モル数が５０倍
を超えると、吸収筒１1、１2の容積利用率の観点から炭
酸ガス吸収を効率よく行なうことが困難になる。一方、
ガスの時間当たりの流通モル数を４倍未満にすると、吸
収反応に伴う発熱量が大きくなりすぎ、通過ガスの温度
上昇のため吸収反応自体が阻害される恐れがある。吸収
筒容積の利用効率と速やかな吸収反応の進行という両者
の観点から前記ガスの時間当たりの流通モル数は、８倍
以上、３０倍以下にすることが望ましい。
ガスの時間当たりの流通モル数は、リチウムシリケート
４1、４2の充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に
設定している。ガスの時間当たりの流通モル数が５０倍
を超えると、吸収筒１1、１2の容積利用率の観点から炭
酸ガス吸収を効率よく行なうことが困難になる。一方、
ガスの時間当たりの流通モル数を４倍未満にすると、吸
収反応に伴う発熱量が大きくなりすぎ、通過ガスの温度
上昇のため吸収反応自体が阻害される恐れがある。吸収
筒容積の利用効率と速やかな吸収反応の進行という両者
の観点から前記ガスの時間当たりの流通モル数は、８倍
以上、３０倍以下にすることが望ましい。
【００２２】リチウムシリケート４1、４2が収納された
２つの吸収筒１1、１2の内管２１、２２において、次の
手順( １- １) 、( １- ２) で前記( １) 式、( ２) 式
の反応を交互に行なわせて炭酸ガスの吸収、回収を連続
して実施する。
２つの吸収筒１1、１2の内管２１、２２において、次の
手順( １- １) 、( １- ２) で前記( １) 式、( ２) 式
の反応を交互に行なわせて炭酸ガスの吸収、回収を連続
して実施する。
【００２３】( １- １) 第１吸収筒１1での炭酸ガス吸
収操作 まず、第１の吸収筒１1の内管２1に連結された第１の分
岐管６1に介装された第１バルブ７1および処理ガス排出
管１１に改装された第５バルブ７5をそれぞれ開き、こ
れ以外のバルブ７2、７3、７4、７6、７7、７8を閉じ
る。炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを
前記第１の分岐管６1を通して前記第１吸収筒１1の内管
２1に供給する。この時、前記吸収筒１1、１2の内管
２1、２2に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、
前述したように前記リチウムシリケートの充填モル数に
対して４倍以上、５０倍以下に設定しているため、ガス
中の炭酸ガスはリチウムシリケート４1と前記( １) 式
にしたがって速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度
が低減されたガスは、第１のガス分岐管１０1および処
理ガス排出管１１を通して排出される。
収操作 まず、第１の吸収筒１1の内管２1に連結された第１の分
岐管６1に介装された第１バルブ７1および処理ガス排出
管１１に改装された第５バルブ７5をそれぞれ開き、こ
れ以外のバルブ７2、７3、７4、７6、７7、７8を閉じ
る。炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを
前記第１の分岐管６1を通して前記第１吸収筒１1の内管
２1に供給する。この時、前記吸収筒１1、１2の内管
２1、２2に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、
前述したように前記リチウムシリケートの充填モル数に
対して４倍以上、５０倍以下に設定しているため、ガス
中の炭酸ガスはリチウムシリケート４1と前記( １) 式
にしたがって速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度
が低減されたガスは、第１のガス分岐管１０1および処
理ガス排出管１１を通して排出される。
【００２４】第２吸収筒１2での炭酸ガス吸収も同様な
操作により行なわれる。 ( １- ２) 第２吸収筒１2からの炭酸ガス回収操作 前記( １- １) で説明した第１の吸収筒１1での炭酸ガ
ス吸収操作を行なっている間に、第２の吸収筒１2に連
結された第２の分岐管９2に介装された第４バルブ７4、
回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７6および
第２燃焼ガス供給分岐管１６2に介装された第８バルブ
７8をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガス
を燃焼ガス供給管１５および第２燃焼ガス供給分岐管１
６2を通して内管２2と外管３2で形成される環状空間に
燃焼ガスを流通することにより第２吸収筒１2の内管２2
内に充填したリチウムシリケート４2を８００℃以上に
加熱するとともに、回収用ガス供給管８から所望の回収
用ガスを第２の分岐管９2を通して前記第２吸収筒１2の
内管２2に供給する。この時、リチウムシリケート４2に
既に吸収された炭酸ガスは前記( ２) 式にしたがって速
やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第２
回収ガス排出分岐管１２2および前記回収ガス排出管１
３を通して回収される。
操作により行なわれる。 ( １- ２) 第２吸収筒１2からの炭酸ガス回収操作 前記( １- １) で説明した第１の吸収筒１1での炭酸ガ
ス吸収操作を行なっている間に、第２の吸収筒１2に連
結された第２の分岐管９2に介装された第４バルブ７4、
回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７6および
第２燃焼ガス供給分岐管１６2に介装された第８バルブ
７8をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガス
を燃焼ガス供給管１５および第２燃焼ガス供給分岐管１
６2を通して内管２2と外管３2で形成される環状空間に
燃焼ガスを流通することにより第２吸収筒１2の内管２2
内に充填したリチウムシリケート４2を８００℃以上に
加熱するとともに、回収用ガス供給管８から所望の回収
用ガスを第２の分岐管９2を通して前記第２吸収筒１2の
内管２2に供給する。この時、リチウムシリケート４2に
既に吸収された炭酸ガスは前記( ２) 式にしたがって速
やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第２
回収ガス排出分岐管１２2および前記回収ガス排出管１
３を通して回収される。
【００２５】第１吸収筒１1からの炭酸ガス回収も同様
な操作により行われる。このような操作を繰り返すこと
によって連続的な炭酸ガスの分離を実現することができ
る。
な操作により行われる。このような操作を繰り返すこと
によって連続的な炭酸ガスの分離を実現することができ
る。
【００２６】前記内管２1、２2、外管３1、３2、炭酸ガ
ス含有ガス供給分岐管６1、６2、回収用ガス供給分岐管
９1、９2、ガス排出分岐管１０1、１0２および回収ガス
排出分岐管１２1、１２2は特にその材料等に左右される
ことなく、例えば緻密質アルミナ、ニッケル、鉄からな
る金属類などが使用できる。また、反応容器内で生成さ
れる炭酸ガスを効率よく分離するためには外管の容量を
大きくすることが望ましい。さらに燃料ガスとリチウム
シリケート４1、４2との接触時間を長く保つことを考慮
すれば、ガス流通方向に向け長い管状の形態が望まし
い。
ス含有ガス供給分岐管６1、６2、回収用ガス供給分岐管
９1、９2、ガス排出分岐管１０1、１0２および回収ガス
排出分岐管１２1、１２2は特にその材料等に左右される
ことなく、例えば緻密質アルミナ、ニッケル、鉄からな
る金属類などが使用できる。また、反応容器内で生成さ
れる炭酸ガスを効率よく分離するためには外管の容量を
大きくすることが望ましい。さらに燃料ガスとリチウム
シリケート４1、４2との接触時間を長く保つことを考慮
すれば、ガス流通方向に向け長い管状の形態が望まし
い。
【００２７】また、原料ガスの反応温度によって必要に
応じ、反応容器内部の温度を所定の温度に設定するよう
にヒーターなどの温度制御を反応容器内部あるいは外部
に設定することもできる。以上説明したように本発明に
よれば、構造が簡素化された低コストで、連続的な炭酸
ガスの分離・回収が可能な炭酸ガス分離装置を提供でき
る。
応じ、反応容器内部の温度を所定の温度に設定するよう
にヒーターなどの温度制御を反応容器内部あるいは外部
に設定することもできる。以上説明したように本発明に
よれば、構造が簡素化された低コストで、連続的な炭酸
ガスの分離・回収が可能な炭酸ガス分離装置を提供でき
る。
【００２８】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明
する。 （実施例１）平均粒径１mmの炭酸リチウム粉末と平均粒
径０. ８mmの二酸化珪素粉末をモル比で２：１となるよ
うに秤量し、メノウ乳鉢にて１０min 乾式混合した。得
られた混合粉末を箱型電気炉にて、大気中１０００℃で
８時間熱処理し、リチウムシリケート粉末を得た。続い
てこのリチウムシリケート粉末を直径１２mmの金型内に
充填し、加圧成形することにより気孔率４０％の成形体
を作製した。
する。 （実施例１）平均粒径１mmの炭酸リチウム粉末と平均粒
径０. ８mmの二酸化珪素粉末をモル比で２：１となるよ
うに秤量し、メノウ乳鉢にて１０min 乾式混合した。得
られた混合粉末を箱型電気炉にて、大気中１０００℃で
８時間熱処理し、リチウムシリケート粉末を得た。続い
てこのリチウムシリケート粉末を直径１２mmの金型内に
充填し、加圧成形することにより気孔率４０％の成形体
を作製した。
【００２９】（実施例２）炭酸リチウム粉末と二酸化珪
素粉末の混合比をモル比で４：１とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
素粉末の混合比をモル比で４：１とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
【００３０】（実施例３）炭酸リチウム粉末と二酸化珪
素粉末の混合比をモル比で３：２とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
素粉末の混合比をモル比で３：２とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
【００３１】（実施例４)炭酸リチウム粉末と二酸化珪
素粉末の混合比をモル比で１：１とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
素粉末の混合比をモル比で１：１とした以外は、実施例
１と同様の方法で成形体を作製した。
【００３２】（比較例１）平均粒径１mmの炭酸リチウム
粉末と平均粒径０. ３mmの酸化ジルコニウム粉末をモル
比で１：１となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０mi
n 乾式混合した。得られた混合粉末を箱型電気炉にて、
大気中８００℃で１０h 熱処理し、リチウムジルコネー
ト粉末を得た。続いてこのリチウムジルコネート粉末を
直径１２mmの金型内に充填し、加圧成形することにより
気孔率４０％の成形体を作製した。
粉末と平均粒径０. ３mmの酸化ジルコニウム粉末をモル
比で１：１となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０mi
n 乾式混合した。得られた混合粉末を箱型電気炉にて、
大気中８００℃で１０h 熱処理し、リチウムジルコネー
ト粉末を得た。続いてこのリチウムジルコネート粉末を
直径１２mmの金型内に充填し、加圧成形することにより
気孔率４０％の成形体を作製した。
【００３３】得られた実施例１〜４および比較例１の炭
酸ガス吸収材を箱型電気炉に設置し、この電気炉内に炭
酸ガス２０体積％および窒素ガス８０体積％からなる混
合ガスを流通させながら６００℃の温度で１ｈ保持し、
その前後の吸収材の重量増加を調べることにより、炭酸
ガスの吸収量を測定した。その結果をそれぞれの式量と
合わせて表１に示す。なお、本測定において前記吸収材
が設置された電気炉内に窒素ガスのみを供給して同様な
実験を行なったところ、吸収材の重量増加が全く認めら
れないことを確認した。
酸ガス吸収材を箱型電気炉に設置し、この電気炉内に炭
酸ガス２０体積％および窒素ガス８０体積％からなる混
合ガスを流通させながら６００℃の温度で１ｈ保持し、
その前後の吸収材の重量増加を調べることにより、炭酸
ガスの吸収量を測定した。その結果をそれぞれの式量と
合わせて表１に示す。なお、本測定において前記吸収材
が設置された電気炉内に窒素ガスのみを供給して同様な
実験を行なったところ、吸収材の重量増加が全く認めら
れないことを確認した。
【００３４】また、実施例１〜４の吸収材を炭酸ガス２
０体積％および窒素ガス８０体積％からなる混合ガスを
流通させながら５００℃に５h 保持し、一旦室温に戻し
て重量を測定し、同様なガス条件で８００℃に１h 保持
して重量減少を測定して、炭酸ガスの放出量を測定し
た。なお、比較例１の吸収材では炭酸ガス吸収のための
温度条件を５００℃とし、その後同様な６００℃で炭酸
ガスの放出を行なった。その結果を表１に合わせて示
す。
０体積％および窒素ガス８０体積％からなる混合ガスを
流通させながら５００℃に５h 保持し、一旦室温に戻し
て重量を測定し、同様なガス条件で８００℃に１h 保持
して重量減少を測定して、炭酸ガスの放出量を測定し
た。なお、比較例１の吸収材では炭酸ガス吸収のための
温度条件を５００℃とし、その後同様な６００℃で炭酸
ガスの放出を行なった。その結果を表１に合わせて示
す。
【００３５】さらに、以下の方法で同一体積のCO２を吸
収するのに必要な実施例１〜４および比較例１の吸収材
の重量を求めた。まず、外径５０mm、高さ２００mmの円
柱状容器内に炭酸ガス吸収材を入れ、窒素ガス中８００
℃で１h 熱処理し、ロータリーポンプにて０. １Torrま
で真空引きを行なった。続いて炭酸ガスを大気圧になる
まで導入し、５００℃で３h 保持した。容器は気密性が
保たれており、炭酸ガス吸収材が炭酸ガスを吸収するこ
とで、容器内の圧力が低下する。到達真空度は容器内の
炭酸ガス吸収材の量により異なり、内圧が０. １Torrと
なるまで炭酸ガス吸収材の量を増加させて同様の実験を
繰り返した。容器内の圧力が０. １Torrとなるのに必要
な炭酸ガス吸収材の重量を表１に示す。
収するのに必要な実施例１〜４および比較例１の吸収材
の重量を求めた。まず、外径５０mm、高さ２００mmの円
柱状容器内に炭酸ガス吸収材を入れ、窒素ガス中８００
℃で１h 熱処理し、ロータリーポンプにて０. １Torrま
で真空引きを行なった。続いて炭酸ガスを大気圧になる
まで導入し、５００℃で３h 保持した。容器は気密性が
保たれており、炭酸ガス吸収材が炭酸ガスを吸収するこ
とで、容器内の圧力が低下する。到達真空度は容器内の
炭酸ガス吸収材の量により異なり、内圧が０. １Torrと
なるまで炭酸ガス吸収材の量を増加させて同様の実験を
繰り返した。容器内の圧力が０. １Torrとなるのに必要
な炭酸ガス吸収材の重量を表１に示す。
【００３６】
【表１】 この表１より、実施例１〜４の吸収材は、比較例１の吸
収材に比べて炭酸ガスの吸収量が大きく、優れた炭酸ガ
ス吸収特性を有することが明らかになった。また、炭酸
ガス放出量は吸収量とほぼ同一であり、吸収・放出が可
能な材料であることも確認された。さらに、同一の炭酸
ガスを吸収するのに必要な吸収材の重量が小さくなり、
軽量化が達成されることも明らかになった。
収材に比べて炭酸ガスの吸収量が大きく、優れた炭酸ガ
ス吸収特性を有することが明らかになった。また、炭酸
ガス放出量は吸収量とほぼ同一であり、吸収・放出が可
能な材料であることも確認された。さらに、同一の炭酸
ガスを吸収するのに必要な吸収材の重量が小さくなり、
軽量化が達成されることも明らかになった。
【００３７】（実施例５）実施例１で調整したリチウム
シリケート１２０kgを内径３００mm、外径４００mm、長
さ２５００mmの二重菅構造のニッケル系吸収筒の内管に
それぞれ充填した。吸収筒を前述した図１の炭酸ガス分
離装置の第１吸収筒として組み込み、炭酸ガスの吸収を
行なった。この時、炭酸ガス含有ガスとしては、６００
℃の温度で、水素、炭酸ガス、水蒸気がそれぞれ体積比
で１／３：１／３：１／３の混合ガスを用い、これらの
混合ガスを表２に示す流量で第１の吸収筒の内管に３時
間流通させた。
シリケート１２０kgを内径３００mm、外径４００mm、長
さ２５００mmの二重菅構造のニッケル系吸収筒の内管に
それぞれ充填した。吸収筒を前述した図１の炭酸ガス分
離装置の第１吸収筒として組み込み、炭酸ガスの吸収を
行なった。この時、炭酸ガス含有ガスとしては、６００
℃の温度で、水素、炭酸ガス、水蒸気がそれぞれ体積比
で１／３：１／３：１／３の混合ガスを用い、これらの
混合ガスを表２に示す流量で第１の吸収筒の内管に３時
間流通させた。
【００３８】このような炭酸ガス吸収操作において、吸
収筒出口のガス温度を測定した。またリチウムシリケー
トの重量増加を測定し、式( １) に基づく理論値に対す
る吸収材としての反応率を求めた。さらに炭酸ガス補集
率を測定した。その結果反応率は９４. ３％、補集率は
８５. ８％となり、優れた炭酸ガス吸収能力を有するこ
とが確認できた。
収筒出口のガス温度を測定した。またリチウムシリケー
トの重量増加を測定し、式( １) に基づく理論値に対す
る吸収材としての反応率を求めた。さらに炭酸ガス補集
率を測定した。その結果反応率は９４. ３％、補集率は
８５. ８％となり、優れた炭酸ガス吸収能力を有するこ
とが確認できた。
【００３９】（実施例６)実施例５に示す方法で炭酸ガ
スの吸収を行なった吸収筒の内管に８００℃の窒素ガス
を５. ７６×１０３L/h で流通させて炭酸ガスの回収を
行なった。その結果吸収筒出口における炭酸ガス濃度は
７８. ２％となり、炭酸ガスの放出が速やかに行われた
ことが確認できた。
スの吸収を行なった吸収筒の内管に８００℃の窒素ガス
を５. ７６×１０３L/h で流通させて炭酸ガスの回収を
行なった。その結果吸収筒出口における炭酸ガス濃度は
７８. ２％となり、炭酸ガスの放出が速やかに行われた
ことが確認できた。
【００４０】以上の実施例５、６より比較的温度の高い
炭酸ガス含有ガスの処理が可能で、かつ炭酸ガスぶんり
のために消費するエネルギーを低減して、高効率、低コ
ストでエネルギープラント等の排気ガス中の炭酸ガスを
吸収・ 濃縮することが可能な炭酸ガス分離装置であるこ
とが確認できた。
炭酸ガス含有ガスの処理が可能で、かつ炭酸ガスぶんり
のために消費するエネルギーを低減して、高効率、低コ
ストでエネルギープラント等の排気ガス中の炭酸ガスを
吸収・ 濃縮することが可能な炭酸ガス分離装置であるこ
とが確認できた。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、母
材酸化物を酸化ジルコニウムに比べて同等以上の炭酸ガ
スの吸収力を有し且つ軽量化を図る事ができる。
材酸化物を酸化ジルコニウムに比べて同等以上の炭酸ガ
スの吸収力を有し且つ軽量化を図る事ができる。
【図１】 本発明に係わる炭酸ガス分離装置を示す概略
図
図
１1、１2：吸収筒 ４1、４2：リチウムシリケート ７1〜７10：バルブ １４：燃焼器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 俊之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4D002 AA09 AC07 AC09 AC10 BA03 BA12 CA07 CA13 DA01 DA11 DA46 EA04 FA01 GB03 GB12 HA10 4G046 JB06 JB12 4G066 AA13A AA13B AA30A AA30B AA43A AA43B BA09 BA20 BA25 CA35 DA02 DA03 FA02 FA20 FA22 FA25 FA39 4G072 AA35 GG02 HH14 JJ30 MM02 MM36 QQ02 UU11
Claims (4)
- 【請求項１】一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２
z=０を満たす整数である）で表されるリチウムシリケー
トからなる群から選ばれることを特徴とする炭酸ガス吸
収材。 - 【請求項２】炭酸ガスを含む気体に炭酸ガス吸収材を接
触させて前記炭酸ガスを含む気体から前記炭酸ガスを分
離するのに際し、前記炭酸ガス吸収材は一般式LixSiyOz
（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を満たす整数である）で
表されるリチウムシリケートからなる群から選ばれるこ
とを特徴とする炭酸ガス分離方法。 - 【請求項３】炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸収材を加熱
して前記炭酸ガスを分離するのに際し、前記炭酸ガス吸
収材は一般式LixSiyOz（式中、x 、y、zはx+４y-２z=０を
満たす整数である）で表されるリチウムシリケートから
なる群から選ばれることを特徴とする炭酸ガス分離方
法。 - 【請求項４】炭酸ガス導入口および生成ガス排出口を有
する反応容器と、この反応容器に収納され炭酸ガスとの
反応により炭酸塩を生成する一般式LixSiyOz（式中、x
、y、zはx+４y-２z=０を満たす整数である）で表される
リチウムシリケートからなる群から選ばれる炭酸ガス吸
収材とを具備し、前記反応容器の外周に前記反応容器に
熱を供給する手段を有することを特徴とする炭酸ガス分
離装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07719999A JP3396642B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離方法および炭酸ガス分離装置 |
| US09/527,229 US6387845B1 (en) | 1999-03-23 | 2000-03-16 | Carbon dioxide gas absorbent containing lithium silicate |
| EP00105362A EP1038576A3 (en) | 1999-03-23 | 2000-03-17 | Carbon dioxide gas absorbent |
| CNB001088815A CN1214849C (zh) | 1999-03-23 | 2000-03-23 | 二氧化碳气体吸收剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07719999A JP3396642B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離方法および炭酸ガス分離装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2000262890A true JP2000262890A (ja) | 2000-09-26 |
| JP3396642B2 JP3396642B2 (ja) | 2003-04-14 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008105006A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-05-08 | Toshiba Corp | 二酸化炭素吸収材、二酸化炭素分離装置および改質装置 |
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| JP7415679B2 (ja) | 2020-03-09 | 2024-01-17 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関における排気循環非平衡改質システム |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP07719999A patent/JP3396642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP4496208B2 (ja) * | 2006-09-27 | 2010-07-07 | 株式会社東芝 | 二酸化炭素吸収材、二酸化炭素分離装置および改質装置 |
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| WO2016208718A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | シャープ株式会社 | 二酸化炭素吸収材、ペレットおよびフィルター |
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| JP2017226624A (ja) * | 2016-06-23 | 2017-12-28 | 学校法人 名城大学 | 炭化水素の製造方法 |
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