JP2002282685A - 炭酸ガス吸収材および燃焼装置 - Google Patents
炭酸ガス吸収材および燃焼装置Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２５０℃程度の温度域で、炭酸ガス吸収能の
高い炭酸ガス吸収材の提供。 【解決手段】 イオン導電性を有するナトリウム、マグ
ネシウム、カリウムから選ばれる少なくとも１種のアル
カリが固溶された酸化物を含み、炭酸ガスと反応して炭
酸塩を生成する材料を炭酸ガス吸収材として用いること
で、２５０℃程度の温度域で炭酸ガス吸収能の高い炭酸
ガス吸収材が得られる。
高い炭酸ガス吸収材の提供。 【解決手段】 イオン導電性を有するナトリウム、マグ
ネシウム、カリウムから選ばれる少なくとも１種のアル
カリが固溶された酸化物を含み、炭酸ガスと反応して炭
酸塩を生成する材料を炭酸ガス吸収材として用いること
で、２５０℃程度の温度域で炭酸ガス吸収能の高い炭酸
ガス吸収材が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガス吸収材お
よび燃焼装置に係り、燃焼装置などで排出された高温の
炭酸ガス吸収に優れた炭酸ガス吸収材、およびこの炭酸
ガス吸収材を具備する燃焼装置に関する。
よび燃焼装置に係り、燃焼装置などで排出された高温の
炭酸ガス吸収に優れた炭酸ガス吸収材、およびこの炭酸
ガス吸収材を具備する燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、発動機などの炭化水素を主成分
とする燃料を燃焼させる燃焼装置において、排気ガス中
の炭酸ガスを回収するためには、炭酸ガス濃度の高い燃
焼室近傍で炭酸ガス回収を行うことが効率的である。そ
のためには一般に炭酸ガスの吸収を３００℃以上の環境
下で行わなければならない。
とする燃料を燃焼させる燃焼装置において、排気ガス中
の炭酸ガスを回収するためには、炭酸ガス濃度の高い燃
焼室近傍で炭酸ガス回収を行うことが効率的である。そ
のためには一般に炭酸ガスの吸収を３００℃以上の環境
下で行わなければならない。
【０００３】例えば特開平９−９９２１４号公報にはリ
チウムジルコネートからなる炭酸ガス吸収材が開示され
ている。このリチウムジルコネートは約５００℃を超え
る温度域において炭酸ガスの回収が可能なため、必ずし
も全ての温度の排気ガスから炭酸ガスの吸収・回収を実
施することはできない。また、特開平１１−９０２１９
号公報には４５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭
酸リチウムを生成する炭酸ガス吸収材として、アルミニ
ウム、チタン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくと
も１種を含むリチウム化酸化物が開示されているが、こ
れらの炭酸ガス吸収材を用いても、２５０℃程度での炭
酸ガス吸収率は未だ十分なものではなかった。
チウムジルコネートからなる炭酸ガス吸収材が開示され
ている。このリチウムジルコネートは約５００℃を超え
る温度域において炭酸ガスの回収が可能なため、必ずし
も全ての温度の排気ガスから炭酸ガスの吸収・回収を実
施することはできない。また、特開平１１−９０２１９
号公報には４５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭
酸リチウムを生成する炭酸ガス吸収材として、アルミニ
ウム、チタン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくと
も１種を含むリチウム化酸化物が開示されているが、こ
れらの炭酸ガス吸収材を用いても、２５０℃程度での炭
酸ガス吸収率は未だ十分なものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の炭酸ガス吸収剤においては、２５０℃近傍の温度域で
の炭酸ガス吸収を十分に吸収し得る材料が未だ見出され
ていなかった。
の炭酸ガス吸収剤においては、２５０℃近傍の温度域で
の炭酸ガス吸収を十分に吸収し得る材料が未だ見出され
ていなかった。
【０００５】本発明は、２５０℃近傍の温度域において
も炭酸ガス吸収能の高い炭酸ガス吸収材を提供するこ
と、およびこの炭酸ガス吸収材を具備することで、燃焼
室から排気される燃焼ガス中の炭酸ガス量を少なくさせ
る燃焼装置を提供することを目的とする。
も炭酸ガス吸収能の高い炭酸ガス吸収材を提供するこ
と、およびこの炭酸ガス吸収材を具備することで、燃焼
室から排気される燃焼ガス中の炭酸ガス量を少なくさせ
る燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の炭酸ガス吸収材
は、ナトリウム、マグネシウムおよびカリウムから選ば
れる少なくとも１種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応
して炭酸塩を生成する複合酸化物を有することを特徴と
する。
は、ナトリウム、マグネシウムおよびカリウムから選ば
れる少なくとも１種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応
して炭酸塩を生成する複合酸化物を有することを特徴と
する。
【０００７】前記複合酸化物は、シリコン、チタン、ア
ルミニウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも
１種の元素の酸化物に、ナトリウム、マグネシウムおよ
びカリウムから選ばれる少なくとも１種の前記元素を固
溶させた複合酸化物とすることができる。
ルミニウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも
１種の元素の酸化物に、ナトリウム、マグネシウムおよ
びカリウムから選ばれる少なくとも１種の前記元素を固
溶させた複合酸化物とすることができる。
【０００８】本発明の燃焼装置は、炭化水素を主成分と
する燃料を燃焼させる燃焼装置において、炭化水素を燃
焼することで発生する炭酸ガスの排出流路にナトリウ
ム、マグネシウムおよびカリウムから選ばれる少なくと
も１種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応して炭酸塩を
生成する複合酸化物を配置したことを特徴とする。
する燃料を燃焼させる燃焼装置において、炭化水素を燃
焼することで発生する炭酸ガスの排出流路にナトリウ
ム、マグネシウムおよびカリウムから選ばれる少なくと
も１種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応して炭酸塩を
生成する複合酸化物を配置したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】リチウムジルコネートやリチウム
シリケートなどのリチウムが固溶した複合酸化物が高温
で炭酸ガスを吸収することに着目し、この複合酸化物に
含有される個々の元素を代え、２５０℃程度の温度域で
炭酸ガス吸収能を調べたところ、リチウムに代えて、ナ
トリウム、マグネシウムあるいはカリウムが固溶した複
合酸化物の炭酸ガス吸収能が高いことを確認して本発明
に至った。
シリケートなどのリチウムが固溶した複合酸化物が高温
で炭酸ガスを吸収することに着目し、この複合酸化物に
含有される個々の元素を代え、２５０℃程度の温度域で
炭酸ガス吸収能を調べたところ、リチウムに代えて、ナ
トリウム、マグネシウムあるいはカリウムが固溶した複
合酸化物の炭酸ガス吸収能が高いことを確認して本発明
に至った。
【００１０】以下に本発明をより詳細に説明する。
【００１１】本発明の炭酸ガス吸収材は、ナトリウム、
マグネシウムおよびカリウムから選ばれる少なくとも１
種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応して炭酸塩を生成
する複合酸化物を有するものである。
マグネシウムおよびカリウムから選ばれる少なくとも１
種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応して炭酸塩を生成
する複合酸化物を有するものである。
【００１２】以下、ナトリウム、マグネシウムあるいは
カリウムを固溶元素、炭酸ガス吸収材中の固溶元素が固
溶されていない状態の酸化物を母材酸化物と呼び、固溶
元素としてナトリウム、母材酸化物としてシリコンの酸
化物が使用された複合酸化物Ｎａ2ＳｉＯ3を例示して説
明する。
カリウムを固溶元素、炭酸ガス吸収材中の固溶元素が固
溶されていない状態の酸化物を母材酸化物と呼び、固溶
元素としてナトリウム、母材酸化物としてシリコンの酸
化物が使用された複合酸化物Ｎａ2ＳｉＯ3を例示して説
明する。
【００１３】炭酸ガス吸収材であるＮａ2ＳｉＯ3は、二
酸化炭素を含有した雰囲気下で例えば２００℃〜４００
℃程度に加熱されると、固溶元素が炭酸ガス吸収材の表
面に拡散して二酸化炭素と反応し化学式（１）で示され
る反応が生じる。すなわち、Ｎａ2ＳｉＯ3は雰囲気中の
二酸化炭素を吸収して、炭酸ナトリウム（固溶元素の炭
酸塩）とシリカ（母材酸化物）とに分解される。
酸化炭素を含有した雰囲気下で例えば２００℃〜４００
℃程度に加熱されると、固溶元素が炭酸ガス吸収材の表
面に拡散して二酸化炭素と反応し化学式（１）で示され
る反応が生じる。すなわち、Ｎａ2ＳｉＯ3は雰囲気中の
二酸化炭素を吸収して、炭酸ナトリウム（固溶元素の炭
酸塩）とシリカ（母材酸化物）とに分解される。
【００１４】 Ｎａ2ＳｉＯ3（ｓ）＋ＣＯ2→Ｎａ2ＣＯ3＋ＳｉＯ2 （１） 一方、Ｌｉ2ＳｉＯ3からなる炭酸ガス吸収材も同様に化
学式（２）で示すような反応により、固溶元素固溶元素
の炭酸塩と母材酸化物とに分解されるが、反応速度はＬ
ｉ2ＳｉＯ3よりもＮａ2ＳｉＯ3の方が早く、炭酸ガス吸
収能が優れていた。
学式（２）で示すような反応により、固溶元素固溶元素
の炭酸塩と母材酸化物とに分解されるが、反応速度はＬ
ｉ2ＳｉＯ3よりもＮａ2ＳｉＯ3の方が早く、炭酸ガス吸
収能が優れていた。
【００１５】 Ｌｉ2ＳｉＯ3（ｓ）＋ＣＯ2→Ｌｉ2ＣＯ3＋ＳｉＯ2 （２） この理由は明らかでないが、おそらくリチウムを固溶す
る複合酸化物においては固溶元素（Ｌｉ元素）が酸化物
の状態で炭酸ガス吸収材中の結晶格子間を移動するのに
対し、Ｎａ固溶する複合酸化物においてはナトリウムは
Ｎａサイトを次々と移動する、所謂イオン伝導性を示す
材料であるために、固溶元素の炭酸ガス吸収材中の拡散
時間が大幅に短縮したためと考える。
る複合酸化物においては固溶元素（Ｌｉ元素）が酸化物
の状態で炭酸ガス吸収材中の結晶格子間を移動するのに
対し、Ｎａ固溶する複合酸化物においてはナトリウムは
Ｎａサイトを次々と移動する、所謂イオン伝導性を示す
材料であるために、固溶元素の炭酸ガス吸収材中の拡散
時間が大幅に短縮したためと考える。
【００１６】固溶元素としては、ナトリウムの他に、マ
グネシウム、カリウムなどにおいてもリチウムを使用し
た場合よりも炭酸ガス吸収能が高い。
グネシウム、カリウムなどにおいてもリチウムを使用し
た場合よりも炭酸ガス吸収能が高い。
【００１７】また、母材酸化物としては、シリコンの酸
化物の他に、ジルコニウムの酸化物、アルミニウムの酸
化物、チタンの酸化物などが挙げられる。
化物の他に、ジルコニウムの酸化物、アルミニウムの酸
化物、チタンの酸化物などが挙げられる。
【００１８】炭酸ガス吸収材は、具体的にはＮａxＳｉy
Ｏz、ＮａxＴｉyＯz、ＮａxＺｒyＯ z、 ＫxＳｉyＯz、
ＫxＴｉyＯzで示される化合物（ただし実質的にｘ＋４
ｙ−２ｚ＝０）、あるいはＭｇxＡｌyＯz（２ｘ＋３ｙ
−２ｚ＝０）で示される化合物が挙げられ、より具体的
にはＮａ2ＳｉＯ3、Ｎａ4ＳｉＯ4、Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｎ
ａ6Ｓｉ2Ｏ7、Ｎａ2ＴｉＯ3、Ｎａ2ＺｒＯ3、Ｋ2ＳｉＯ
3、Ｋ2ＴｉＯ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＭｇＴｉＯ3などが挙げ
られる。
Ｏz、ＮａxＴｉyＯz、ＮａxＺｒyＯ z、 ＫxＳｉyＯz、
ＫxＴｉyＯzで示される化合物（ただし実質的にｘ＋４
ｙ−２ｚ＝０）、あるいはＭｇxＡｌyＯz（２ｘ＋３ｙ
−２ｚ＝０）で示される化合物が挙げられ、より具体的
にはＮａ2ＳｉＯ3、Ｎａ4ＳｉＯ4、Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5、Ｎ
ａ6Ｓｉ2Ｏ7、Ｎａ2ＴｉＯ3、Ｎａ2ＺｒＯ3、Ｋ2ＳｉＯ
3、Ｋ2ＴｉＯ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＭｇＴｉＯ3などが挙げ
られる。
【００１９】そのうちの主なもの二酸化炭素吸収反応を
化学式（３）〜（５）に示す。
化学式（３）〜（５）に示す。
【００２０】 Ｋ2ＴｉＯ3＋ＣＯ2→Ｋ2ＣＯ3＋ＴｉＯ2 （３） ＭｇＡｌ2Ｏ4＋ＣＯ2→ＭｇＣＯ3＋Ａｌ2Ｏ3 （４） Ｎａ2ＺｒＯ3＋ＣＯ2→Ｎａ2ＣＯ3＋ＺｒＯ2 （５） これらの反応も、約２００℃〜４００℃程度の温度域で
二酸化炭素と反応し、また固溶元素としてリチウムを使
用した場合に比べこの温度域で炭酸ガス吸収能が高い。
二酸化炭素と反応し、また固溶元素としてリチウムを使
用した場合に比べこの温度域で炭酸ガス吸収能が高い。
【００２１】本発明の炭酸ガス吸収材は、通常粉末ある
いは、この粉末を炭酸ガスがその内部を通過できる程度
に圧縮した粉体からなる圧縮成形体またはその焼結体と
して使用すればよく、圧縮成形体あるいは焼結体として
使用する場合は、例えば気孔率３０％〜６０％程度の多
孔質体とすることが好ましい。
いは、この粉末を炭酸ガスがその内部を通過できる程度
に圧縮した粉体からなる圧縮成形体またはその焼結体と
して使用すればよく、圧縮成形体あるいは焼結体として
使用する場合は、例えば気孔率３０％〜６０％程度の多
孔質体とすることが好ましい。
【００２２】気孔率が３０％よりも少ないと、多孔質体
中の二酸化炭素通過量が減少し、多孔質体外表面以外で
は二酸化炭素吸収が行われないため、二酸化炭素を十分
に吸収することができなくなる。気孔率が６０％よりも
多いと、多孔質体中の炭酸ガス吸収材の比率が少なくな
るため、多孔質体の嵩密度に対する二酸化炭素の吸収量
が低下する。
中の二酸化炭素通過量が減少し、多孔質体外表面以外で
は二酸化炭素吸収が行われないため、二酸化炭素を十分
に吸収することができなくなる。気孔率が６０％よりも
多いと、多孔質体中の炭酸ガス吸収材の比率が少なくな
るため、多孔質体の嵩密度に対する二酸化炭素の吸収量
が低下する。
【００２３】炭酸ガス吸収材粉末としては、レーザー回
折法などの測定法によるその平均粒径が０．１μｍ〜１
０μｍ程度のものを使用することが望ましい。
折法などの測定法によるその平均粒径が０．１μｍ〜１
０μｍ程度のものを使用することが望ましい。
【００２４】前述したように、本発明の炭酸ガス吸収材
は、固溶元素が母材酸化物中を拡散して炭酸ガスと反応
する。炭酸ガス吸収材粉末の粒径が１０μｍよりも大き
くなると、粉末粒子内部に固溶している固溶元素が粉末
表面にまで拡散するための移動距離が長くなり、炭酸ガ
ス吸収反応が遅くなる。一方、粒径０．１μｍよりも小
さい炭酸ガス吸収材粉末を量産するのは技術的に困難で
あり、また粒径が０．１μｍよりも小さな粉末はその取
扱いが煩雑になる。このような理由から、より好ましい
炭酸ガス吸収材粉末の平均粒径は、１μｍ〜５μｍであ
る。
は、固溶元素が母材酸化物中を拡散して炭酸ガスと反応
する。炭酸ガス吸収材粉末の粒径が１０μｍよりも大き
くなると、粉末粒子内部に固溶している固溶元素が粉末
表面にまで拡散するための移動距離が長くなり、炭酸ガ
ス吸収反応が遅くなる。一方、粒径０．１μｍよりも小
さい炭酸ガス吸収材粉末を量産するのは技術的に困難で
あり、また粒径が０．１μｍよりも小さな粉末はその取
扱いが煩雑になる。このような理由から、より好ましい
炭酸ガス吸収材粉末の平均粒径は、１μｍ〜５μｍであ
る。
【００２５】また、固溶元素としてナトリウムあるいは
カリウムを使用する場合、２種類以上のアルカリ金属元
素を固溶させることが好ましい。
カリウムを使用する場合、２種類以上のアルカリ金属元
素を固溶させることが好ましい。
【００２６】より具体的には、ナトリウムとカリウム、
ナトリウムとリチウム、あるいはカリウムとリチウム、
さらにはナトリウムとカリウムとリチウム、など２種以
上のアルカリ金属元素を母材酸化物に固溶させた炭酸ガ
ス吸収材とすることが好ましい。
ナトリウムとリチウム、あるいはカリウムとリチウム、
さらにはナトリウムとカリウムとリチウム、など２種以
上のアルカリ金属元素を母材酸化物に固溶させた炭酸ガ
ス吸収材とすることが好ましい。
【００２７】前述したように本発明の炭酸ガス吸収材
は、二酸化炭素と反応してアルカリ炭酸塩を生成する
が、２種のアルカリ炭酸塩が共存すると、共晶温度が下
がるため生成されたアルカリ炭酸塩が反応温度において
液相化しやすくなり、その結果炭酸ガス吸収反応が促進
される。ここで、母材酸化物中に固溶されるアルカリ金
属中のナトリウムおよびカリウムの総量が７０ｍｏｌ％
以上とすることが望ましい。この総量が７０％よりも少
ないと、リチウムが固溶した複合酸化物による炭酸ガス
吸収比率が高くなるため、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸
収能が低下する。
は、二酸化炭素と反応してアルカリ炭酸塩を生成する
が、２種のアルカリ炭酸塩が共存すると、共晶温度が下
がるため生成されたアルカリ炭酸塩が反応温度において
液相化しやすくなり、その結果炭酸ガス吸収反応が促進
される。ここで、母材酸化物中に固溶されるアルカリ金
属中のナトリウムおよびカリウムの総量が７０ｍｏｌ％
以上とすることが望ましい。この総量が７０％よりも少
ないと、リチウムが固溶した複合酸化物による炭酸ガス
吸収比率が高くなるため、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸
収能が低下する。
【００２８】また、ナトリウムおよびカリウムを固溶さ
せる場合、ナトリウムとカリウムとの比率は５ｍｏｌ％
〜９５ｍｏｌ％とすることが好ましい。すなわち、一方
のアルカリ金属が５ｍｏｌ％よりも少ないと２種類のア
ルカリ金属を固溶させる効果を十分に発揮させることが
できず、共晶温度を十分に下げることができない。
せる場合、ナトリウムとカリウムとの比率は５ｍｏｌ％
〜９５ｍｏｌ％とすることが好ましい。すなわち、一方
のアルカリ金属が５ｍｏｌ％よりも少ないと２種類のア
ルカリ金属を固溶させる効果を十分に発揮させることが
できず、共晶温度を十分に下げることができない。
【００２９】次に、本発明の炭酸ガス吸収材の製造方法
を説明する。
を説明する。
【００３０】前述した炭酸ガス吸収反応は可逆性の反応
であり、炭酸ガス吸収時の吸収反応温度よりもより高温
側域で固溶元素の炭酸塩と母材酸化物との間で逆反応が
生じ、炭酸ガス吸収材が生成される。
であり、炭酸ガス吸収時の吸収反応温度よりもより高温
側域で固溶元素の炭酸塩と母材酸化物との間で逆反応が
生じ、炭酸ガス吸収材が生成される。
【００３１】例えば、化学式（１）で示すようにして生
成された固溶元素の炭酸塩Ｎａ2ＣＯ3は母材酸化物Ｓｉ
Ｏ2と約５００℃以上の温度で反応し、化学式（６）で
示す合成反応により炭酸ガス吸収材Ｎａ2ＳｉＯ3を生成
する。
成された固溶元素の炭酸塩Ｎａ2ＣＯ3は母材酸化物Ｓｉ
Ｏ2と約５００℃以上の温度で反応し、化学式（６）で
示す合成反応により炭酸ガス吸収材Ｎａ2ＳｉＯ3を生成
する。
【００３２】 Ｎａ2ＣＯ3（ｓ）＋ ＳｉＯ2（ｓ）→Ｎａ2ＳｉＯ3（ｓ）＋ＣＯ2↑ （６） このように、固溶元素の炭酸塩と母材酸化物とを原料と
して炭酸ガス吸収材を製造することができる。
して炭酸ガス吸収材を製造することができる。
【００３３】原料としての母材酸化物の平均粒径は０．
１μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。
１μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。
【００３４】合成反応は、固溶元素の母材酸化物中への
拡散によって生じるものであり、基本的に母材酸化物粒
子の平均粒径と同程度の炭酸ガス吸収材が作製される。
すなわち、原料としての母材酸化物の平均粒径が１０μ
ｍよりも大きいと、得られる炭酸ガス吸収材の平均粒径
は１０μｍを超える恐れが大きくなる。また、原料とし
ての母材酸化物の平均粒径が０．１μｍよりも小さい
と、炭酸ガス吸収材を生成するための合成反応時の加熱
により、母材酸化物あるいは生成された炭酸ガス吸収材
同士が焼結などにより粒成長し、得られる炭酸ガス吸収
材の平均粒径は１０μｍを超えてしまう恐れがある。
拡散によって生じるものであり、基本的に母材酸化物粒
子の平均粒径と同程度の炭酸ガス吸収材が作製される。
すなわち、原料としての母材酸化物の平均粒径が１０μ
ｍよりも大きいと、得られる炭酸ガス吸収材の平均粒径
は１０μｍを超える恐れが大きくなる。また、原料とし
ての母材酸化物の平均粒径が０．１μｍよりも小さい
と、炭酸ガス吸収材を生成するための合成反応時の加熱
により、母材酸化物あるいは生成された炭酸ガス吸収材
同士が焼結などにより粒成長し、得られる炭酸ガス吸収
材の平均粒径は１０μｍを超えてしまう恐れがある。
【００３５】また、原料としての固溶元素の炭酸塩の平
均粒径は、０．１μｍ〜１０μｍ程度であることが望ま
しい。平均粒径が１０μｍよりも大きいと母材酸化物と
の反応に時間がかかり、０．１μｍよりも平均粒径の小
さな炭酸塩を量産するのは技術的に困難である。
均粒径は、０．１μｍ〜１０μｍ程度であることが望ま
しい。平均粒径が１０μｍよりも大きいと母材酸化物と
の反応に時間がかかり、０．１μｍよりも平均粒径の小
さな炭酸塩を量産するのは技術的に困難である。
【００３６】ナトリウムシリケート以外の炭酸ガス吸収
材においても、同様に、炭酸ガス吸収材に二酸化炭素を
吸収させて得られる固溶元素の炭酸塩と母材酸化物とを
合成することで得ることができ、その反応温度は材料系
によって多少異なるが、いずれの炭酸ガス吸収材もおお
よそ５００℃以上の反応温度で合成できる。
材においても、同様に、炭酸ガス吸収材に二酸化炭素を
吸収させて得られる固溶元素の炭酸塩と母材酸化物とを
合成することで得ることができ、その反応温度は材料系
によって多少異なるが、いずれの炭酸ガス吸収材もおお
よそ５００℃以上の反応温度で合成できる。
【００３７】このような炭酸ガス吸収材の可逆性を利用
して、炭酸ガス吸収材を繰り返し利用することが可能で
ある。
して、炭酸ガス吸収材を繰り返し利用することが可能で
ある。
【００３８】例えば、２５０℃程度の温度域で二酸化炭
素雰囲気下で二酸化炭素を吸収した炭酸ガス吸収材を回
収し、使用後の炭酸ガス吸収材（固溶元素の炭酸塩と母
材酸化物との混合物）を５００℃以上の温度で加熱する
ことで、使用後の炭酸ガス吸収材から二酸化炭素を放出
して、炭酸ガス吸収能を再生することができる。
素雰囲気下で二酸化炭素を吸収した炭酸ガス吸収材を回
収し、使用後の炭酸ガス吸収材（固溶元素の炭酸塩と母
材酸化物との混合物）を５００℃以上の温度で加熱する
ことで、使用後の炭酸ガス吸収材から二酸化炭素を放出
して、炭酸ガス吸収能を再生することができる。
【００３９】また、炭酸ガス吸収材の再生反応を機密性
の容器内で行えば、この機密性の容器内には比較的純度
の高い二酸化炭素が貯蔵されるため、この二酸化炭素を
ガスボンベなどに移し代え、ドライアイス製造用、ある
いは植物の育成用の二酸化炭素ガスとして再利用するこ
とも可能である。
の容器内で行えば、この機密性の容器内には比較的純度
の高い二酸化炭素が貯蔵されるため、この二酸化炭素を
ガスボンベなどに移し代え、ドライアイス製造用、ある
いは植物の育成用の二酸化炭素ガスとして再利用するこ
とも可能である。
【００４０】次に、原料としての固溶元素の炭酸塩（Ｎ
ａ2ＣＯ3）粉末と母材酸化物（ＳｉＯ2）粉末とから炭
酸ガス吸収材の成形体を作製する方法を具体的に説明す
る。
ａ2ＣＯ3）粉末と母材酸化物（ＳｉＯ2）粉末とから炭
酸ガス吸収材の成形体を作製する方法を具体的に説明す
る。
【００４１】前述したような粒径のＳｉＯ2粉末および
Ｎａ2ＣＯ3粉末を準備し、合成反応の化学量論比にした
がって両粉末をモル比で１：０．８〜１．２程度の比率
となるように秤量し、メノウ乳鉢などで０．１〜１ｈ程
度混合することで均一混合した混合原料粉末を得る。
Ｎａ2ＣＯ3粉末を準備し、合成反応の化学量論比にした
がって両粉末をモル比で１：０．８〜１．２程度の比率
となるように秤量し、メノウ乳鉢などで０．１〜１ｈ程
度混合することで均一混合した混合原料粉末を得る。
【００４２】得られた混合原料粉末を反応性の低いアル
ミナるつぼなどに入れ、このアルミナるつぼを電気炉な
どに収納して６００℃以上の加熱を施して混合原料粉末
を反応させることでナトリウムシリケート粉末を得る。
この加熱反応は、大気中で行う場合には０．５〜２０ｈ
程度行えばよいが、例えば気密性の容器内で行う場合、
合成反応が進むにしたがって容器内の二酸化炭素分圧が
高まり、合成反応が遅くなるため、必要に応じて加熱時
間を長くしてもよい。
ミナるつぼなどに入れ、このアルミナるつぼを電気炉な
どに収納して６００℃以上の加熱を施して混合原料粉末
を反応させることでナトリウムシリケート粉末を得る。
この加熱反応は、大気中で行う場合には０．５〜２０ｈ
程度行えばよいが、例えば気密性の容器内で行う場合、
合成反応が進むにしたがって容器内の二酸化炭素分圧が
高まり、合成反応が遅くなるため、必要に応じて加熱時
間を長くしてもよい。
【００４３】得られたナトリウムシリケート粉末の粒径
が焼結などによって粗大化した場合など、必要に応じナ
トリウムシリケート粉末を遊星ボールミルなどにより粉
砕し、０．１μｍ〜１０μｍ程度の粒径にして、炭酸ガ
ス吸収材粉末を得る。
が焼結などによって粗大化した場合など、必要に応じナ
トリウムシリケート粉末を遊星ボールミルなどにより粉
砕し、０．１μｍ〜１０μｍ程度の粒径にして、炭酸ガ
ス吸収材粉末を得る。
【００４４】続いてこのナトリウム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４０
％前後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。
所定量秤量し、金型に充填し、圧縮成形して気孔率４０
％前後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。
【００４５】このようにすることで、２５０℃程度の比
較的低温下で、効率よく炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸
収材を得ることができる。
較的低温下で、効率よく炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸
収材を得ることができる。
【００４６】また、本発明の炭酸ガス吸収材の使用例を
以下に挙げる。
以下に挙げる。
【００４７】図１は、本発明の炭酸ガス吸収材を具備し
た発動機の概念図である。
た発動機の概念図である。
【００４８】燃焼室１には、燃料供給口２および燃焼ガ
ス排出口３と、燃料供給口２から導入されたガソリンな
どの炭化水素系燃料を燃焼させるための点火手段７と、
燃焼室１内の内圧に応じて駆動するピストン４が設けら
れている。燃料供給口２および燃焼ガス排出口３には、
燃料を供給するタイミング、燃焼ガスを排出するタイミ
ングが制御された弁８が配置されており、燃料供給、燃
料の燃焼、燃焼ガスの排出の工程を繰返すことで、燃焼
室１内の内圧を変化させて、ピストン４を駆動する。ま
た、排出口３には、燃焼ガス排出路５が形成されてお
り、燃焼ガスは燃焼ガス排出路５を通過して燃焼室１外
部へ放出される。
ス排出口３と、燃料供給口２から導入されたガソリンな
どの炭化水素系燃料を燃焼させるための点火手段７と、
燃焼室１内の内圧に応じて駆動するピストン４が設けら
れている。燃料供給口２および燃焼ガス排出口３には、
燃料を供給するタイミング、燃焼ガスを排出するタイミ
ングが制御された弁８が配置されており、燃料供給、燃
料の燃焼、燃焼ガスの排出の工程を繰返すことで、燃焼
室１内の内圧を変化させて、ピストン４を駆動する。ま
た、排出口３には、燃焼ガス排出路５が形成されてお
り、燃焼ガスは燃焼ガス排出路５を通過して燃焼室１外
部へ放出される。
【００４９】図１においては、本発明の炭酸ガス吸収材
６−２を燃焼ガス排出路５に充填しており、この炭酸ガ
ス吸収材により、燃焼ガス中の二酸化炭素を一部吸収す
ることで、放出される燃焼ガス中の炭酸ガス濃度を低減
することができる。
６−２を燃焼ガス排出路５に充填しており、この炭酸ガ
ス吸収材により、燃焼ガス中の二酸化炭素を一部吸収す
ることで、放出される燃焼ガス中の炭酸ガス濃度を低減
することができる。
【００５０】また、燃焼ガス温度が高温の場合には、リ
チウム化ジルコニアなどのより高温で効率よく二酸化炭
素を吸収する炭酸ガス吸収材６−１を排出口３側に配置
し、自然冷却によって燃焼ガスが２５０℃程度に冷却す
る位置に本発明の炭酸ガス吸収材を配置するなどして、
それぞれの炭酸ガス吸収材を所望の温度で機能させるよ
うに位置に配置することで、放出される燃焼ガス中の炭
酸ガス濃度をより低減させることができる。
チウム化ジルコニアなどのより高温で効率よく二酸化炭
素を吸収する炭酸ガス吸収材６−１を排出口３側に配置
し、自然冷却によって燃焼ガスが２５０℃程度に冷却す
る位置に本発明の炭酸ガス吸収材を配置するなどして、
それぞれの炭酸ガス吸収材を所望の温度で機能させるよ
うに位置に配置することで、放出される燃焼ガス中の炭
酸ガス濃度をより低減させることができる。
【００５１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
【００５２】実施例１ 固元素の酸化物として平均粒径１μｍの炭酸ナトリウム
粉末を、母材酸化物として平均粒径０．８μｍの二酸化
珪素粉末を原料粉末として準備し、炭酸ナトリウム粉末
と二酸化珪素粉末とをモル比で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７００℃で８ｈ熱処
理しナトリウムシリケート（Ｎａ4ＳｉＯ4）粉末を得
た。
粉末を、母材酸化物として平均粒径０．８μｍの二酸化
珪素粉末を原料粉末として準備し、炭酸ナトリウム粉末
と二酸化珪素粉末とをモル比で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７００℃で８ｈ熱処
理しナトリウムシリケート（Ｎａ4ＳｉＯ4）粉末を得
た。
【００５３】得られたナトリウムシリケート粉末を遊星
ボールミルにて１６ｈ粉砕し、炭酸ガス吸収材である平
均粒径３μｍのナトリウムシリケート粉末を作製した。
ボールミルにて１６ｈ粉砕し、炭酸ガス吸収材である平
均粒径３μｍのナトリウムシリケート粉末を作製した。
【００５４】この炭酸ガス吸収材を内径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。
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。
【００５５】得られた炭酸ガス吸収材の成形体を箱型電
気炉内に設置し、この箱型電気炉内を２５０℃の温度に
加熱した後、この電気炉内に二酸化炭素を１０ｖｏｌ％
および窒素ガス９０ｖｏｌ％からなる混合ガスを１２ｈ
流通させて混合ガス中の二酸化炭素と炭酸ガス吸収材を
反応させた。
気炉内に設置し、この箱型電気炉内を２５０℃の温度に
加熱した後、この電気炉内に二酸化炭素を１０ｖｏｌ％
および窒素ガス９０ｖｏｌ％からなる混合ガスを１２ｈ
流通させて混合ガス中の二酸化炭素と炭酸ガス吸収材を
反応させた。
【００５６】反応後の炭酸ガス吸収材の重量変化を測定
することで（反応後の炭酸ナトリウムと二酸化珪素の総
重量と反応前のナトリウムシリケート重量の差）、二酸
化炭素吸収量を評価したところ約１６ｗｔ％の重量増加
が認められた。
することで（反応後の炭酸ナトリウムと二酸化珪素の総
重量と反応前のナトリウムシリケート重量の差）、二酸
化炭素吸収量を評価したところ約１６ｗｔ％の重量増加
が認められた。
【００５７】また、反応後の炭酸ガス吸収材を５００℃
に３ｈ保持し、二酸化炭素を放出することで炭酸ガス吸
収材の再生処理を行った。この時の炭酸ガス吸収材の重
量変化を測定し炭酸ガス放出量を評価したところ約１５
ｗｔ％の重量減少が認められた。さらに、再生された炭
酸ガス吸収材を同条件、すなわち２５０℃で、二酸化炭
素を１０ｖｏｌ％および窒素ガス９０ｖｏｌ％からなる
混合ガスを１２ｈ箱型電気炉内に流通させて二酸化炭素
と反応させ、その重量変化を測定したところ、１５ｗｔ
％の重量増加が見られ、再生した後においても略同等な
炭酸ガス吸収能があることが確認できた。
に３ｈ保持し、二酸化炭素を放出することで炭酸ガス吸
収材の再生処理を行った。この時の炭酸ガス吸収材の重
量変化を測定し炭酸ガス放出量を評価したところ約１５
ｗｔ％の重量減少が認められた。さらに、再生された炭
酸ガス吸収材を同条件、すなわち２５０℃で、二酸化炭
素を１０ｖｏｌ％および窒素ガス９０ｖｏｌ％からなる
混合ガスを１２ｈ箱型電気炉内に流通させて二酸化炭素
と反応させ、その重量変化を測定したところ、１５ｗｔ
％の重量増加が見られ、再生した後においても略同等な
炭酸ガス吸収能があることが確認できた。
【００５８】実施例２〜１１および比較例１ 原料粉末として、固溶元素の炭酸塩および母材酸化物を
表１に示す材料、比率を使用したことを除き、実施例１
と同様にして炭酸ガス吸収材の成形体を作製した。
表１に示す材料、比率を使用したことを除き、実施例１
と同様にして炭酸ガス吸収材の成形体を作製した。
【００５９】さらに、実施例１と同様にして二酸化炭素
の吸収量、および反応後の炭酸ガス吸収材からの二酸化
炭素放出量を測定した。測定結果を表１に併記する。
の吸収量、および反応後の炭酸ガス吸収材からの二酸化
炭素放出量を測定した。測定結果を表１に併記する。
【表１】 表１より、本発明の炭酸ガス吸収材は、比較例１に示す
炭酸ガス吸収材に比べ、２５０℃での二酸化炭素吸収量
が著しく増大していることが明らかである。
炭酸ガス吸収材に比べ、２５０℃での二酸化炭素吸収量
が著しく増大していることが明らかである。
【００６０】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。
であり、吸収・放出が可能な材料であることも確認され
た。
【００６１】
【発明の効果】２５０℃程度での比較的低温度域で、炭
酸ガス吸収能の高い炭酸ガス吸収材を得ることができ
る。また、この炭酸ガス吸収材を燃焼装置の燃焼ガス排
出流路に配置することで、燃焼ガス中の炭酸ガス濃度を
低減させた状態で排出することができる。
酸ガス吸収能の高い炭酸ガス吸収材を得ることができ
る。また、この炭酸ガス吸収材を燃焼装置の燃焼ガス排
出流路に配置することで、燃焼ガス中の炭酸ガス濃度を
低減させた状態で排出することができる。
【図１】 本発明の燃焼装置の概念図。
１・・・燃焼室 ２・・・燃料供給口 ３・・・燃焼ガス排出口 ４・・・ピストン ５・・・燃焼ガス排出路 ６・・・炭酸ガス吸収材 ７・・・点火手段 ８・・・弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｃ０１Ｆ 7/16 ４Ｇ０７３ // Ｃ０１Ｂ 33/32 Ｃ０１Ｇ 23/00 Ｂ ４Ｇ０７６ Ｃ０１Ｆ 7/16 Ｃ Ｃ０１Ｇ 23/00 25/00 Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 25/00 １３５Ｚ (72)発明者 中川 和明 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 (72)発明者 越崎 健司 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） 3G091 AA17 AA23 AB08 BA13 FB02 FC07 GA20 GB01Y GB02Y GB10Y HA07 4D002 AA09 AC10 BA03 CA07 DA02 DA03 DA06 DA11 DA21 DA46 EA08 FA01 GA01 GB08 GB12 HA03 4G047 CA06 CA07 CB04 CC03 CD03 4G048 AA04 AB01 AC08 AD03 AE05 4G066 AA13B AA16B AA20B AA22B AA23B AA30B BA25 CA35 DA02 GA01 4G073 BA03 BA04 BA05 BD20 CB04 CB05 FB04 FB11 UA06 UB47 4G076 AA02 AA18 AB02 AB09 BA38 CA02 DA29
Claims (3)
- 【請求項１】ナトリウム、マグネシウムおよびカリウム
から選ばれる少なくとも１種の元素が固溶され、炭酸ガ
スと反応して炭酸塩を生成する複合酸化物を有すること
を特徴とする炭酸ガス吸収材。 - 【請求項２】前記複合酸化物は、シリコン、チタン、ア
ルミニウムおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも
１種の元素の酸化物に、ナトリウム、マグネシウムおよ
びカリウムから選ばれる少なくとも１種の前記元素を固
溶させた複合酸化物であることを特徴とする請求項１記
載の炭酸ガス吸収材。 - 【請求項３】炭化水素を主成分とする燃料を燃焼させる
燃焼装置において、 炭化水素を燃焼することで発生する炭酸ガスの排出流路
にナトリウム、マグネシウムおよびカリウムから選ばれ
る少なくとも１種の元素が固溶され、炭酸ガスと反応し
て炭酸塩を生成する複合酸化物を配置したことを特徴と
する燃焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094156A JP2002282685A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 炭酸ガス吸収材および燃焼装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094156A JP2002282685A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 炭酸ガス吸収材および燃焼装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002282685A true JP2002282685A (ja) | 2002-10-02 |
Family
ID=18948396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001094156A Pending JP2002282685A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 炭酸ガス吸収材および燃焼装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002282685A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004313916A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Bridgestone Corp | 二酸化炭素の吸脱着材及び吸脱着装置 |
| WO2005093230A1 (en) * | 2004-03-19 | 2005-10-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Warm-up method and warm-up system for internal combustion engine |
| WO2006013695A1 (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-09 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 炭酸ガス吸収材、それを用いた炭酸ガス分離方法、および炭酸ガス分離装置 |
| CN101844068A (zh) * | 2010-06-07 | 2010-09-29 | 武汉理工大学 | 用于二氧化碳吸附的氧化镁改性介孔材料的制备方法 |
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| JP2011105578A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Kunimine Industries Co Ltd | 粉末珪酸ソーダ造粒品 |
| JP2019177339A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | アルカリ珪酸化物の再生方法及びｃｏ２の回収・分解方法 |
| JP2019178026A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | Ｃｏ２を吸収して炭素に分解する方法、及びｃｏ２吸収材 |
| WO2023243427A1 (ja) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 戸田工業株式会社 | 複合酸化鉄粒子粉末及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001094156A patent/JP2002282685A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN100432383C (zh) * | 2004-03-19 | 2008-11-12 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的预热方法和预热系统 |
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| JP2019177339A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | アルカリ珪酸化物の再生方法及びｃｏ２の回収・分解方法 |
| JP2019178026A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本製鉄株式会社 | Ｃｏ２を吸収して炭素に分解する方法、及びｃｏ２吸収材 |
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| JP7035725B2 (ja) | 2018-03-30 | 2022-03-15 | 日本製鉄株式会社 | アルカリ珪酸化物の再生方法及びｃｏ２の回収・分解方法 |
| WO2023243427A1 (ja) * | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 戸田工業株式会社 | 複合酸化鉄粒子粉末及びその製造方法 |
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