JP2004202408A - 吸着体及びそれを用いた二酸化炭素の大容量連続除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素吸着容量が大きく、中容量から大容量のガス発生源から排出される大量、高流速の二酸化炭素含有混合気体から、省スペース、省エネルギー、かつ、低コストで二酸化炭素を除去する吸着体を提供する。また、それを用いて、石炭火力発電所等から排出される大容量・高流速の燃焼ガスから、二酸化炭素を連続除去する方法を提供する。
【解決手段】ガス発生源中の二酸化炭素の吸着体であって、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．５のＡ型もしくはＸ型ゼオライトの担持率が５〜１００（質量％）で、嵩密度が０．０５〜１．００（ｇ／ｃｍ^３）であり、ハニカム型、格子状型もしくはスパイラル型の構造を有する吸着体。前記の吸着体を、大容量、高流速のガス流通経路中もしくはバイパス中に設置し、二酸化炭素を１〜９０（ｖｏｌ％）含有する混合ガスから二酸化炭素を連続除去する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所のボイラーもしくは焼却炉等の燃焼炉から排出される燃焼排ガスや製鉄所の副生ガス等の大量の排ガス中の二酸化炭素を吸着分離する吸着体、及びそれを用いた二酸化炭素の連続除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化を防止するために、温室効果ガスである二酸化炭素ガスの大気放出の抑制が求められている。特に、火力発電所における石炭、石油、ＬＮＧの燃焼排ガスや、プラスチック焼却炉等の燃焼炉から排出される燃焼排ガス、あるいは熱風炉排ガス、高炉排ガス、転炉排ガス、燃焼排ガス等の製鉄所副生ガスは、大量に発生する。これらのガス中には二酸化炭素が１〜４０ｖｏｌ％含有されている。従って、二酸化炭素ガスの大気放出の抑制には、火力発電所などからの二酸化炭素を含む排ガスを大気へ排出する前に、排ガスから二酸化炭素を吸着除去することが必要である。
【０００３】
ところで、排ガス中の二酸化炭素を除去、回収する技術は、化学吸収法と物理吸着法に大別される。大容量の二酸化炭素除去、回収技術として、アミン系の水溶液を吸収液に用いた化学吸収法がある。しかし、化学吸収法は、二酸化炭素脱着時に吸収液を１００〜１２０℃に加熱するため、吸収液が分解あるいは酸化により変質し、定期的な吸収液の交換が必要となる。また、二酸化炭素除去のガス中に化学吸収液が混入し、アルカリ水溶液が煙突から周囲に飛散する問題点がある。また、化学吸収液は飛散するため、定期的に補充しなければならず、コスト高となり、かつ、吸収液の改良の余地は少ない。
【０００４】
それに反して物理吸着法は、無機結晶であり化学的に安定な吸着剤（ゼオライト等）を用いるため、熱などによる劣化はなく、長期間吸着剤の交換は不要（メンテナンスフリー）で、初期の吸着性能を維持する。また、回収二酸化炭素ガス及び脱二酸化炭素ガスに、薬剤等の混入がない。さらに、吸着剤は研究開発により高性能化する可能性が大きい。
【０００５】
二酸化炭素の物理吸着法として、例えば、特開２０００−１４０５４９号公報には、骨格Ｓｉ／Ａｌ原子比が実質的に１．０で、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの７０当量％以上がアルカリ金属イオン（Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｌｉイオン等）の内の１種のイオンであるＸ型ゼオライトを、粉末、ペレットあるいはビーズ状に成形した吸着剤により、二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を除去する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
同様に、特開２００２−１８２２６号公報には、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ）イオンとアルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ）イオンによるイオン交換率が８０％以上であるＸ型ゼオライトを、粉末、ペレットあるいはビーズ状に成形した吸着剤により、二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を除去する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開２０００−１４０５４９号公報（請求項１、段落番号００１５等）
【特許文献２】
特開２００２−１８２２６号公報（請求項１、段落番号００３１等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献に記載されているＸ型ゼオライトあるいはＡ型ゼオライトを用いた二酸化炭素の吸着方法は、吸着塔内に粒状（ペレット、ビーズ）吸着剤を充填し、混合気体を塔内に注入し、バッチ方式で気体の回収・精製を行う技術である。粒状吸着剤は数ｍｍ程度の厚さを有しているため、吸着剤の径方向への気体の浸透に時間がかかり、同様に脱着にも時間がかかる。また、圧力損失があるため、気体を注入するための流速も０．３ｍ／ｓｅｃ以上は上げられない。そのため、この方式用に開発されたＸ型ゼオライトあるいはＡ型ゼオライトの高性能化は、低流速で気体との接触時間が長い条件で確認されているにすぎない。また、上記のペレット形状の吸着剤を用いた物理吸着法は、気体流速を上げられないことから高流量の処理が出来ず、二酸化炭素の大容量連続処理技術として適用することは困難である。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたものであり、ガス発生源中の二酸化炭素を吸着除去する吸着体であって、高性能の二酸化炭素吸着力を有すると共に、１００（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の中容量から１．５×１０^７（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の３００万ｋＷ級石炭火力発電所、もしくはＬＮＧコンバインドサイクル発電所燃料排ガスに相当する大容量で、低流速ないし高流速の混合気体から二酸化炭素を吸着除去することが可能で、省スペース、省エネルギー、かつ、低コストで二酸化炭素を除去することのできる吸着体を提供することを目的とする。また、本発明はそれを用いて、特に石炭火力発電所等から排出される大容量・高流速の燃焼ガスから、二酸化炭素を連続除去する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の二酸化炭素の吸着体は、ガス発生源中の二酸化炭素の吸着体であって、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．５のＡ型もしくはＸ型ゼオライトの担持率が５〜１００（質量％）で、嵩密度が０．０５〜１．００（ｇ／ｃｍ^３）であり、ハニカム型、格子状型もしくはスパイラル型の構造を有することを特徴とする。
【００１０】
前記吸着体によれば、Ａ型ゼオライトもしくはＸ型ゼオライトを主成分とするため二酸化炭素吸着力に優れると共に、圧力損失が少ないため１００（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の中容量から１．５×１０^７（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の大容量の煙道に設置することができ、特に大容量・高流速の燃焼排ガスから二酸化炭素を連続除去、回収処理するのに好適である。
【００１１】
本発明の二酸化炭素の吸着体においては、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上がＬｉイオン又はＭｇイオンであり、残りのカチオンがＮａイオンであることが好ましい。計算化学で求めたゼオライトへの気体の吸着エネルギー計算によれば、ＬｉイオンやＭｇイオンでイオン交換されたゼオライトは吸着エネルギーが大きい。そのため、二酸化炭素を強固に吸着させることが可能で、一旦吸着された二酸化炭素分子は他の気体分子の衝突によっても離脱し難くなるので、多量の二酸化炭素を吸着することができる。さらに、その吸着エネルギーは適度な大きさであるため、容易に二酸化炭素を脱着させることができる。
【００１２】
また、本発明の二酸化炭素の吸着体においては、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上がＡｇイオンであり、残りのカチオンの９０当量％以上がＬｉイオンであってもよい。
【００１３】
また、本発明の二酸化炭素の吸着体においては、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの８０当量％以上がＮａイオンであってもよい。
【００１４】
また、本発明の二酸化炭素の吸着体においては、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および亜鉛からなる群より選ばれる１種又は２種以上のイオンであってもよい。
【００１５】
次に、本発明の二酸化炭素の連続除去方法は、前記の二酸化炭素の吸着体を、ガス量が１．０×１０^２〜１．５×１０^７（ｍ^３Ｎ／ｈ）、かつ、ガス流速が０．００１〜３０（ｍ／ｓｅｃ）であるガス流通経路中もしくはバイパス中に設置し、二酸化炭素を１〜９０（ｖｏｌ％）含有する混合ガスから二酸化炭素を吸着除去することを特徴とする。
【００１６】
ここで、「ガス量」とは、ガス流通経路やバイパス等の煙道を通過するガス量をいい、「ガス流速」とは、煙道を通過するときのガス流速をいう。
【００１７】
前記除去方法は、低濃度の二酸化炭素含有ガスのほか、燃焼排ガス等の比較的高濃度の二酸化炭素含有混合ガスの処理にも適用できるが、特に、中容量ないし大容量・高流速の燃焼ガスから二酸化炭素を連続除去、回収処理するのに好適である。
【００１８】
本発明の二酸化炭素の連続除去方法においては、二酸化炭素を吸着させる時の温度が−５０℃〜１００℃で、圧力が１〜５ａｔｍであることが好ましい。かかる吸着条件とすることで、吸着体の二酸化炭素吸着容量が増大する。
【００１９】
また、二酸化炭素を脱着させるときの温度（Ｔ）と圧力（Ｐ）が、以下の式の少なくとも１つを満たすことが好ましい。かかる脱着条件とすることで、ゼオライトのカチオンと吸着ガスのマイナス分極部分との相互作用で吸着された二酸化炭素を、低エネルギーで効率よく脱着させることができる
５℃≦Ｔ≦３５０℃
０．００１ａｔｍ≦Ｐ≦１ａｔｍ
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による二酸化炭素の吸着体は、ガス発生源中の二酸化炭素の吸着体であって、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．５のＡ型もしくはＸ型ゼオライトの担持率が５〜１００（質量％）で、嵩密度が０．０５〜１．００（ｇ／ｃｍ^３）であり、ハニカム型、格子状型もしくはスパイラル型の構造を有するものである。以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
本発明の吸着体で使用される吸着剤としては、骨格のＳｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．５のＡ型もしくはＸ型ゼオライトが用いられる。ここで、ゼオライト骨格のＳｉ／Ａｌ原子比は１．０以上であって、１．０未満にはならないことが知られている。また、骨格Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０に近づくにしたがって、二酸化炭素を吸着する容量が増加し、実際の使用面において、電力原単位の低減が可能となる。したがって、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．２であることが好ましく、Ｓｉ／Ａｌが１．０〜１．１であることがより好ましい。Ｓｉ／Ａｌ原子比は実質的に１．０であることが特に好ましい。
【００２２】
また、前記のＳｉ／Ａｌ原子比を満足するゼオライトとしては、Ａ型もしくはＸ型ゼオライトが用いられる。中でも、Ａ型ゼオライトはＸ型ゼオライトに比べ細孔の径が小さいため、選択するカチオンの種類によっては十分な二酸化炭素の吸着容量が得られない傾向があることから、Ｘ型ゼオライトが好適に用いられる。
【００２３】
本発明で使用されるゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属及び亜鉛からなる群より選ばれる１種又は２種以上のイオンが好ましい。アルカリ金属イオンとしては、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｌｉイオン等が挙げられるが、特にＬｉイオンが好ましい。アルカリ土類金属イオンとしては、Ｃａイオン、Ｍｇイオン等が挙げられるが、特にＭｇイオンが好ましい。一般に混合ガスより二酸化炭素を吸着した後、二酸化炭素を脱着してゼオライトを再生するという繰返しが行われるため、二酸化炭素を吸着するのみならず脱着する能力にも優れることが重要だからである。
【００２４】
前記カチオンの中でも、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上、好ましくは８０当量％以上、より好ましくは９５当量％以上がＬｉイオン又はＭｇイオンであり、残りのカチオンがＮａイオンであることが、二酸化炭素吸着容量を増大させる点より好ましい。あるいは、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上、好ましくは８０当量％以上、より好ましくは９５当量％以上がＡｇイオンであり、残りのカチオンがＬｉイオンであってもよい。この場合、残りのカチオンの９０当量％以上、好ましくは９５当量％以上がＬｉイオンであるのがよい。その他、ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの８０当量％以上、好ましくは９５当量％以上、より好ましくは９９当量％以上がＮａイオンであってもよい。前記したイオンが含まれるＸ型ゼオライトとすることで二酸化炭素の吸着容量が大幅に増加し、さらにその含有量が増加するに応じて二酸化炭素の吸着容量も増加する。
【００２５】
前記のゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンは、本発明に用いられるゼオライトを製造した際に構成カチオンとなっているものであっても、また、ゼオライト製造後イオン交換によりゼオライトに導入されたカチオンであってもよい。イオン交換によりゼオライトに所望の金属イオンを導入する場合は、通常用いられるゼオライトのイオン交換で実施することができる。例えば、Ｌｉイオンをゼオライトへ導入するにはＬｉイオンを含む水溶液などの溶液をゼオライトと接触させることでよい。さらに、１種のイオンを導入するのみならず、２種以上のイオンをゼオライトへ導入する場合には、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属の主成分イオンと、カルシウムなどのアルカリ土類金属イオン、鉄などの遷移金属イオン、ランタンなどの希土類元素のイオンとを共存させてイオン交換しても目的の吸着剤を得ることは可能であるし、それぞれのイオンを個別の溶液としてイオン交換することもできる。
【００２６】
本発明で使用されるゼオライトは、圧力損失が少ない等から、ハニカム型、格子状型もしくはスパイラル型の構造の成形体として使用される。図１（ａ）は、本発明に係るハニカム構造の吸着体の一例を示す斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）の一部を拡大して示す図である。このハニカム構造の吸着体１０は波形の吸着シート１１を平板状の吸着シート１２を介して多数枚積層して成形したものである。吸着シート中に吸着剤及び必要に応じてのバインダーが含有されている。図１（ａ）には全体形状が角柱状の吸着体を示している。この吸着体１０を貫通孔１３が排ガスの流れに沿うように配置すれば、貫通孔１３を通過するガス中の特定成分が吸着シートに吸着される。図１（ｂ）には、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｏ_２を含む排ガスを流して、ＣＯ_２のみが吸着される様子を示している。
【００２７】
成形した吸着体において、ゼオライトの担持率（吸着剤中に占めるゼオライトの割合）は５〜１００質量％とする。担持率が５％未満の場合は二酸化炭素の吸着容量が不十分となる。吸着体を通過するガスの圧力損失を出来るだけ小さくし、かつ吸着容量を一定量以上維持するため、ゼオライトの担持率は２０〜１００質量％であることが好ましく、より好ましくは４０〜１００質量％であるのがよい。成形体を形成する場合は、ゼオライトの粉末に、カオリンやセピオライト等の粘土やシリカゾル等の無機系、あるいは有機系のバインダーを加え、押出成形、ダンボール原紙等の型材への吹付塗装、ゼオライト紙の成形等の通常用いられる方法により成形して使用される。また、用いられるバインダーは成形体の製造中にＸ型ゼオライトに変化させうる、バインダーレス成形体とするものであってもよい。
【００２８】
本発明において、吸着体の嵩密度は０．０５〜１．００ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは０．２０〜０．９０ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．４０〜０．７０ｇ／ｃｍ^３であるのがよい。嵩密度が小さすぎる場合は吸着容量を一定以上維持することが困難となり、嵩密度が大きすぎる場合は通過するガスの圧力損失が大きくなり、吸着体をガスが通過することが困難となる。
【００２９】
なお、イオン交換はゼオライト粉末をイオン交換に供してもよいし、ゼオライトを成形体に成形した後に行ってもよく、特に制限されない。また、イオン交換の回数は、得られるゼオライト中のイオンの種類や含有量にもよるが、１回であっても、複数回反復して実施してもよい。イオン交換によりゼオライト中のイオン交換可能なカチオンを所望のイオンに交換した後、ゼオライトを通常の方法にて洗浄、乾燥する。
【００３０】
本発明の対象となる、ガス発生源としては、二酸化炭素が含まれていれば特に限定されず、二酸化炭素を１〜９０ｖｏｌ％含む混合ガス発生源に用いられる。このような二酸化炭素を含む混合ガス発生源としては、例えば、石炭、石油、ＬＮＧ、及びＬＮＧコンバインドサイクル等の火力発電所から排出される燃焼排ガスが挙げられる。かかる燃焼排ガスには、通常、二酸化炭素が５〜２０ｖｏｌ％含まれており、二酸化炭素以外の成分として、窒素、酸素、水等が挙げられる。
【００３１】
また、二酸化炭素を含む混合ガス発生源として、例えば、熱風炉排ガス、高炉排ガス、転炉排ガス、燃焼排ガス等の製鉄所副生ガスを挙げることもできる。かかる副生ガスには、通常、二酸化炭素が１０〜５０ｖｏｌ％含まれており、二酸化炭素以外の成分として、窒素、酸素、一酸化炭素、水素、水等が挙げられる。
【００３２】
さらに、二酸化炭素を含む混合ガス発生源として、例えば、廃プラスチック燃焼ガス、木質系バイオマス等の燃焼排ガスを挙げることもできる。かかる燃焼排ガスには、通常、二酸化炭素が１〜４０ｖｏｌ％含まれており、二酸化炭素以外の成分として、窒素、酸素、一酸化炭素、水素、アンモニア、塩素、水等が挙げられる。
【００３３】
混合ガスに水やアンモニア等のような極性の強いガスが共存していても、これらのガス成分の含有量に応じて用いるゼオライト吸着剤の量を増減させることで、極性の強い順に吸着剤に吸着させ、除去することができる。あるいは、前処理としてこれらのガスを従来の吸着剤等で予め除去することもできる。なお、本発明の吸着体は、二酸化炭素を２〜５０ｖｏｌ％、特に３〜３５ｖｏｌ％含む混合ガス発生源に用いることにより、その効果が顕著となる。
【００３４】
次に、本発明の二酸化炭素を含む混合ガスのガス流から二酸化炭素を連続吸着除去する方法について説明する。本発明の吸着体は、混合ガスのガス量が１．０×１０^２〜１．５×１０^７ｍ^３Ｎ／ｈで、かつ、ガス流速は０．００１〜３０ｍ／ｓｅｃの煙道に設置されうる。ガス量が１．０×１０^２ｍ^３Ｎ／ｈ未満の場合は、大量のガス処理が出来ないため二酸化炭素の吸着処理容量が低下し、一方、ガス量が１．５×１０^７ｍ^３Ｎ／ｈを超える場合は、吸着装置が巨大化し、システム設計が困難となる。また、ガス流速が０．００１ｍ／ｓｅｃ未満の場合は大量のガス処理が出来ず、３０ｍ／ｓｅｃを超える場合は、吸着体での圧力損失が大きくなり、送風に必要なエネルギーが多大となる。
【００３５】
本発明の方法によれば、このような中容量ないし大容量の混合ガス中の二酸化炭素の吸着除去を省エネルギー、低コストで行うことができるが、特に、ガス量が１．０×１０^４〜４．０×１０^６ｍ^３Ｎ／ｈの大容量の混合ガス中の二酸化炭素の吸着除去に効果を発揮する。また、低速から高速まで幅広いガス流速に対応可能であるが、特に、流速が１〜３０ｍ／ｓｅｃの高速ガス流速の流に対して吸着能力が優れる利点がある。
【００３６】
混合ガスと吸着体とを接触させて二酸化炭素を吸着するときの温度や圧力条件については特に限定されるものではないが、通常、温度−５０℃〜１００℃、圧力１〜５ａｔｍで行われるのがよい。
【００３７】
吸着体は、混合ガス流通経路中もしくはバイパス中等の煙道に設置され、混合ガスを吸着体に接触させることにより、二酸化炭素が吸着除去される。吸着体の煙道での設置場所は特に限定されない。
【００３８】
図２を参照して、本発明に係る吸着体を排ガス煙道に取り付ける場合について説明する。図２（ａ）は、図１に示した二酸化炭素吸着体を用いて形成したドラム回転体を、ガス流通経路３００に取り付けた例を示す。この図においては、除湿部ドラム回転体１００及びＣＯ_２回収部ドラム回転体２００のそれぞれ約半分がガス流通経路３００内に配置される。一方、各配管部（図示せず）はガス流通経路の外側に配置されている。このように、二酸化炭素吸着体をガス流通経路に直接取り付けることによって、省スペース化が図られる。この場合、煙道内に配置されるドラム回転体の断面積の煙道の断面積に対する比が、排ガスからの二酸化炭素回収率となる。
【００３９】
図２（ｂ）は、図１に示した二酸化炭素吸着体を用いて形成したドラム回転体を、ガス流通経路３００から分岐したバイパスに取り付けた例を示す。この図においては、バイパス３１０は半円形状の断面を有するように作製されており、各ドラム回転体１００、２００のそれぞれ約半分（半円形状）がバイパス３１０内に配置されている。
【００４０】
また、吸着された二酸化炭素を脱着する条件については特に限定されるものではなく、例えば、温度を吸着する際の温度よりも高くするか、圧力を吸着する際の圧力よりも減圧するか、あるいは精製ガスや他の二酸化炭素を含まないガス等のパージガスなどを加熱し、流通することで吸着されている二酸化炭素を除去することができる。
【００４１】
例えば、二酸化炭素を脱着させるときの温度（Ｔ）は、５℃以上３５０℃以下とするのが一般的であるが、好ましくは８０℃以上３００℃以下、特に好ましくは１００℃以上２５０℃以下として、加熱する方法がある。脱着温度が低すぎる場合は、ＣＯ_２脱着が不十分となり、吸着剤の吸着容量の低下となり、脱着温度が高すぎる場合は、脱着エネルギーの増大となり、回収コスト高となる。
【００４２】
また、二酸化炭素を脱着させるときの圧力（Ｐ）は、０．００１ａｔｍ以上１ａｔｍ以下とするのが一般的であるが、好ましくは０．１ａｔｍ以上０．９５ａｔｍ以下、特に好ましくは０．３ａｔｍ以上０．９５ａｔｍ以下として、減圧にて行う方法がある。脱着圧力が低すぎる場合は、真空ポンプ等の動力の増大と脱着時間が長くなること等からの回収コストの増大となり、脱着圧力が高すぎる場合は、加熱温度が不十分な時は、脱着が不完全となり吸着容量の低下となる。
【００４３】
本発明の二酸化炭素の連続除去方法においては、前記の脱着温度（Ｔ）と脱着圧力（Ｐ）とが前記条件のいずれか一方を満たすことが望ましいが、二酸化炭素の脱着速度および回収率を向上させる観点より、双方満たすのがよい。ただし、脱着圧力は吸脱着温度と密接に関係する。即ち、ＣＯ_２吸着量は低温では大きく高温では小さくなるため、吸着体の加熱によってＣＯ_２が脱着されるが、吸着温度と脱着温度の差（Δｔ）が小さい場合は脱着を減圧で行い、Δｔが大きい場合は常圧ないし若干の減圧で行えばよい。なお、温度と圧力条件とで脱着条件を決定する場合は、パージガスは流しても、流さなくてもどちらでもよい。
【００４４】
吸脱着処理を行った後に再度二酸化炭素の除去を行う場合には、特開２００１−２０５０４５号公報に記載されているように、脱着後、吸着剤にそのまま混合ガスを流通してもよいが、必要に応じて、吸着剤を活性化して再生した後に二酸化炭素の除去を行ってもよい。
【００４５】
本発明の二酸化炭素の連続除去方法は、二酸化炭素を含む２種以上の成分からなる混合ガスから二酸化炭素を吸着し、吸着された二酸化炭素を吸着剤から脱着させる用途であれば、制限なく用いることができる。従って、本発明の吸着剤を充填した二酸化炭素除去装置、例えば、回転式吸着塔、固定式吸着塔等の公知の二酸化炭素除去装置に適用することができる。また、ＴＳＡ方式、ＰＳＡ方式、ＰＴＳＡ方式のいずれの方式にも適用することができ、吸着、脱着、再生等の処理方法は従来公知の方法を用いればよい。
【００４６】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００４７】
（吸着容量）
ＣＯ_２濃度計（ＨＯＲＩＢＡ製、ＶＩＡ−５１０）により測定した。
【００４８】
（実施例１）
特開平１１−２９０６３５号公報に記載の試験装置を用いて、燃焼排ガスＣＯ_２吸着試験を行った。表１に示す、Ｓｉ／Ａｌ比及びカチオン組成を有するＸ型ゼオライトを準備し、これにバインダーとしてカオリン粘土を所定量加え、ハニカム構造の成形体を作製した。得られた吸着体を、図３に示す回転式吸着塔４００に装填し、４ｒｐｈで回転させながら、燃焼排ガスからなる混合ガス（二酸化炭素：１３．５ｖｏｌ％／窒素：６９．２ｖｏｌ％／酸素：１７．３ｖｏｌ％）を、ガス量５〜１５ｍ^３Ｎ／ｈ、流速０．０５ｍ／ｓｅｃで流通させた。温度は３３℃、圧力は１．０３ａｔｍとした。二酸化炭素を吸着した吸着体をパージガスでパージしながら、温度１６０℃、圧力０．９２ａｔｍの条件下で処理し、二酸化炭素を脱着させた。
【００４９】
図３（ｂ）に二酸化炭素除去装置の配管の構成を示した。吸着体に吸着された二酸化炭素は、加熱により脱着され、冷却後再生された吸着体によって再度吸着処理が行われ、二酸化炭素が連続除去される。
【００５０】
以上の実験結果をＣＯ_２吸着容量比とともに、表１にまとめて示した。
【００５１】
【表１】

【００５２】
実験より本発明の吸着体は、大容量の排ガスに対して優れた二酸化炭素除去性能を示すことがわかった。また、ゼオライト骨格のＳｉ／Ａｌ原子比が１に近い程、Ｌｉイオン含有比率が高い程、ＣＯ_２吸着容量が大きくなることがわかった。
【００５３】
（実施例２）
２塔式吸着試験装置を用いて、燃焼排ガスＣＯ_２吸着試験を行った。表２に示すカチオン組成を有するＸ型ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ比＝１．２５）を準備し、これにバインダーとしてカオリン粘土を所定量加え、ハニカム構造の成形体を作製した。得られた吸着体を、図４に模式図を示す回転式吸着塔５００に装填し、燃焼排ガスからなる混合ガス１（二酸化炭素：１３．５ｖｏｌ％／窒素：６９．２ｖｏｌ％／酸素：１７．３ｖｏｌ％）を、ガス量１０ｍ^３Ｎ／ｈ、流速０．０５〜１．０ｍ／ｓｅｃで流通させた。温度は３３℃、圧力は１．０３ａｔｍとした。二酸化炭素を吸着した吸着体を再生パージガス４でパージしながら、温度１６０℃、圧力０．９２ａｔｍの条件下で処理し、二酸化炭素を脱着させた。
【００５４】
比較例としてペレット形状の吸着体（Ｎｏ．５）を、実施例２と同様の試験に供した。ただし、脱着圧力は０．３０ａｔｍ、加熱温度は６０℃とした。
【００５５】
以上の実験結果をＣＯ_２吸着容量比とともに、表２にまとめて示した。
【００５６】
【表２】

【００５７】
実験より、ハニカム型の吸着体はペレット形状の吸着剤と比べて、ＣＯ_２の吸着容量が大きく、また、大容量かつ高流速のガスに対しても優れた二酸化炭素除去性能を示すことがわかった。
【００５８】
（実施例３）
実施例２のペレット吸着剤（Ｎｏ．５）及びハニカム吸着体（Ｎｏ．６）を配置した固定式吸着塔の入口と出口に圧力計を設置し、空塔速度による圧力変化試験を行った。その結果を図５に示した。
【００５９】
図から明らかなように、ペレット形状の吸着剤は、空塔速度が大きくなると共に圧力損失が大きくなり、空塔速度が０．３ｍ／ｓｅｃ以上になると実用に供し得なくなるのに対し、本発明のハニカム型の吸着体は空塔速度を大きくしても圧力損失が大きくならないため、高流速のガス流にも対応できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の吸着体は、二酸化炭素の吸着容量が大きく、圧力損失が小さいため、火力発電所のボイラーもしくは焼却炉等の燃焼炉から排出される排ガスや製鉄所の副生ガス等の大量の排ガス中の二酸化炭素を吸着分離することができ、大容量かつ高流速の混合ガスから、二酸化炭素を省スペース、省エネルギー、低コストで吸着除去することができる。したがって、１００（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の中容量から１．５×１０^７（ｍ^３Ｎ／ｈ）程度の３００万ｋＷ級石炭火力発電所等の排ガス除去装置に配置することにより、大容量・高流速の燃焼ガスから二酸化炭素を連続的に吸着除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハニカム型吸着体の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る二酸化炭素吸着体を煙道に取り付けた例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る吸着体を回転式吸着塔に配置した場合の一例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る吸着体を固定式吸着塔に配置した場合の一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るハニカム型吸着体を固定式吸着塔に配置した場合の空塔速度と圧力損失の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 入口ガス
２ 出口ガス
３ 回収ＣＯ_２ガス
４ 再生パージガス
１０ ハニカム構造の吸着体
１１、１２ 吸着シート
１３ 貫通孔
１００ 除湿部ドラム回転体
２００ 二酸化炭素回収部ドラム回転体
３００ ガス流通経路
３１０ バイパス
４００ 回転式吸着塔
５００ 固定式吸着塔

Claims (8)

1. ガス発生源中の二酸化炭素の吸着体であって、Ｓｉ／Ａｌ原子比が１．０〜１．５のＡ型もしくはＸ型ゼオライトの担持率が５〜１００（質量％）で、嵩密度が０．０５〜１．００（ｇ／ｃｍ^３）であり、ハニカム型、格子状型もしくはスパイラル型の構造を有することを特徴とする二酸化炭素の吸着体。
2. ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上がＬｉイオンまたはＭｇイオンであり、残りのカチオンがＮａイオンである請求項１に記載の二酸化炭素の吸着体。
3. ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの６０当量％以上がＡｇイオンであり、残りのカチオンの３０当量％以上がＬｉイオンである請求項１に記載の二酸化炭素の吸着体。
4. ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンの８０当量％以上がＮａイオンである請求項１に記載の二酸化炭素の吸着体。
5. ゼオライトに含まれるイオン交換可能なカチオンが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および亜鉛からなる群より選ばれる１種又は２種以上のイオンである請求項１に記載の二酸化炭素の吸着体。
6. 請求項１〜５に記載の二酸化炭素の吸着体を、ガス量が１．０×１０^２〜１．５×１０^７（ｍ^３Ｎ／ｈ）で、かつ、ガス流速が０．００１〜３０（ｍ／ｓｅｃ）であるガス流通経路中もしくはバイパス中に設置し、二酸化炭素を１〜９０（ｖｏｌ％）含有する混合ガスから二酸化炭素を吸着除去することを特徴とする二酸化炭素の連続除去方法。
7. 二酸化炭素を吸着させる時の温度が−５０℃〜１００℃で、圧力が１〜５ａｔｍである請求項６に記載の二酸化炭素の連続除去方法。
8. 二酸化炭素を脱着させるときの温度（Ｔ）と圧力（Ｐ）が、以下の式の少なくとも１つを満たす請求項６又は７に記載の二酸化炭素の連続除去方法。
   ５℃≦Ｔ≦３５０℃
   ０．００１ａｔｍ≦Ｐ≦１ａｔｍ

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