JP2006051420A

JP2006051420A - 二酸化炭素の吸着システム及び脱着・回収システム

Info

Publication number: JP2006051420A
Application number: JP2004233467A
Authority: JP
Inventors: Hidema Furumura; 秀磨古村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】地球温暖化現象の原因物質の一つである二酸化炭素を効率良く吸着分離し、さらには、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく、最終的に効率よく二酸化炭素の排出量を削減することができる新規なシステムを提供する。
【解決手段】酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を、ガス供給口及びガス排出口を有する円筒状または直方体状の吸着容器に充填し、二酸化炭素含有ガスをガス供給口に導入し、吸着容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させることを特徴とする二酸化炭素吸着システムなどによって提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地球温暖化現象の抑止に寄与する二酸化炭素の吸着システムと、その脱着・回収システムに関し、さらに詳しくは、地球温暖化現象の原因物質の一つである二酸化炭素を効率良く吸着分離し、さらには、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく回収し、最終的に効率よく二酸化炭素の排出を削減することができる二酸化炭素の吸着システムと、二酸化炭素の脱着・回収システムに関する。

今や、地球温暖化現象の抑止は全地球的な規模で実施すべき重要な課題である。このような中で、地球温暖化現象において温室効果の主要な原因物質といわれている二酸化炭素の大気中への放出を抑制する技術的方法が注目されている。このような方法として、従来より、さまざまな新たな手段が考えられ、また、従来技術の活用法が提案されてきた。これらは、生物学的アプローチ、化学的アプローチ、及び物理学的アプローチの３通りに大別される。

ここで、生物学的アプローチとしては、例えば、二酸化炭素を微生物に摂取させて生分解性プラスチック等の有機化合物を生合成させるものである。また、化学的アプローチとしては、二酸化炭素を他の物質と反応させて別の化合物に変換するという化学的手段を講ずるものである。

さらに、物理学的アプローチとしては、例えば、二酸化炭素を吸着分離する方法を応用させることができる。ところで、吸着分離する方法としては、大気汚染の防止のため吸着性能を有するセラミックスを使用したシートを自動車エンジンルーム内部に組み込むことにより、炭化水素及び一酸化炭素を排ガスから浄化する方法が提案されている。また、二酸化炭素を不純物として含む空気又は合成ガスの精製方法であって、特定の活性アルミナを備える吸着剤に二酸化炭素を吸着させるプロセス（例えば、特許文献１参照）、室内空気の浄化のために用いる吸着性能と脱着性能とを両立させた特定組成の二酸化炭素吸着剤、及びそれを用いた二酸化炭素除去装置（例えば、特許文献２参照）等が開示されている。

しかしながら、上記生物学的アプローチ及び化学的アプローチは、いずれの場合も他の有機化合物への変換や、二酸化炭素に対して反応性を示す物質の製造のために多大なエネルギーを必要とし、エネルギー的観点から全体としては、かえって二酸化炭素の排出量を増加させてしまうという点で、本質的な課題の解決策にならない方法であった。
また、上記物理学的アプローチにおいては、排出ガス中の二酸化炭素の分離には吸着剤の選定に工夫が必要であったり、また、使用目的が工程用空気の精製プロセス又は室内空気の浄化であるため、脱着させた二酸化炭素を系外に放出してしまうという点において、地球温暖化現象の抑止に関しては本質的な課題の解決策にならない方法であった。

以上のような状況において、エネルギー的観点から全体としての二酸化炭素の収支バランスを考慮することを大前提として、ガス中の二酸化炭素を効率よく吸着分離し、かつ、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させることなく回収し、最終的に効率よく排出を削減することができるシステムが求められている。

特開平２００１−１０４７３７号公報（第１〜３頁）特開平２００３−１９４３５号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、地球温暖化現象の原因物質の一つである二酸化炭素を効率良く吸着分離し、さらには、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく回収し、最終的に効率よく二酸化炭素の排出を削減することができるシステムを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために、二酸化炭素を吸着分離回収するシステムについて、鋭意研究を重ねた結果、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を用いた特定の吸着装置を用いたところ、二酸化炭素を効率良く吸着し、さらには、該吸着装置から脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく効率よく二酸化炭素を回収することができ、二酸化炭素の排出量を削減することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を、ガス供給口及びガス排出口を有する円筒状または直方体状の吸着容器に充填し、二酸化炭素含有ガスをガス供給口に導入し、吸着容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させることを特徴とする二酸化炭素吸着システムが提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤をシート状に成形したフィルターを、ガス供給口及びガス排出口を有する吸着容器内に嵌入し、二酸化炭素含有ガスを供給口に導入し、容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させることを特徴とする二酸化炭素吸着システムが提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、酸化アルミニウムを主成分とする粉末が、アルミナ製研磨剤の研磨残渣であることを特徴とする二酸化炭素吸着システムが提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明の二酸化炭素吸着システムに、減圧ポンプと大容量一時吸着容器から構成される回収装置を組み込んだ二酸化炭素の脱着・回収システムであって、二酸化炭素が吸着された二酸化炭素吸着システムのガス排出口に前記減圧ポンプを接続し、二酸化炭素吸着システムから脱着させた二酸化炭素を前記大容量一時吸着容器内に吸着保持することを特徴とする二酸化炭素の脱着・回収システムが提供される。

本発明の二酸化炭素吸着システムによれば、第１又は２の発明においては、地球温暖化現象の原因物質である二酸化炭素を効率良く吸着することができる酸化アルミニウムを主成分とする粉末を充填した吸着容器、または同粉末をシート状に成形したフィルターを嵌入した吸着装置からなるものであるので、その工業的価値は極めて大きい。

また、第３の発明においては、吸着剤として用いる酸化アルミニウムを主成分とする粉末の原料はアルミナ製研磨剤の研磨残渣であり、産業廃棄物として発生する研磨残渣を有効活用することができるので、吸着剤の製造において省エネルギー効果が大きい。

さらに、第４の発明においては、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく、エネルギー的観点から全体としての二酸化炭素の収支バランスを考慮して効率よく二酸化炭素の排出量を削減することができるので、より有利である。

以下、本発明の地球温暖化現象の抑止に寄与する二酸化炭素吸着システム及び脱着・回収システムを詳細に説明する。
本発明の二酸化炭素吸着システムは、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤をガス供給口及びガス排出口を有する円筒状または直方体状容器に充填した吸着容器、またはガス供給口及びガス排出口を有し、シート状に成形した吸着剤を内部に嵌入した吸着容器を用いる装置であって、二酸化炭素含有ガスを吸着容器のガス供給口に導入し、容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させるようにしたものである。

本発明の二酸化炭素吸着システムを図で説明する。図１は、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を円筒状又は直方体状の吸着容器に充填した装置の一例を表す。また、図２は、酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤をシート状に成形したフィルターを吸着容器内部に嵌入した吸着装置の一例を表す。

図１において、二酸化炭素含有ガスは、二酸化炭素吸着装置１のガス供給口３から、吸着剤５を内蔵した円筒状又は直方体の吸着容器２に導入され、吸着容器２内に充填された吸着剤５に二酸化炭素が選択的に吸着され、二酸化炭素濃度が減少したガスがガス排出口４から排出される。

図２において、二酸化炭素を含有するガスは、二酸化炭素吸着装置１のガス供給口３から吸着容器６内に導入され、吸着剤５をシート状に成形したフィルター７を通過し、吸着剤５に二酸化炭素が選択的に吸着され、二酸化炭素濃度が減少したガスがガス排出口４から排出される。

本発明の二酸化炭素吸着システムは、例えば、エンジンルームのエアクリーナー内、住宅の換気システム等の配管系統に取り付けられ、その二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素を選択的に吸着する。吸着剤の量、吸着容器の大きさ、上記２種類の吸着容器の選択は、対象とする二酸化炭素含有ガスの種類、流速及び通過量（体積）により適宜選択することができる。また、前記容器は、吸着剤が二酸化炭素を吸着し吸着量が飽和した時点または飽和する少し前の時点で配管系統から取り外し、後述の回収装置に繋ぎ替えて、吸着剤に吸着された二酸化炭素を回収するようにする。なお、装置によっては、後述の回収装置を全体の装置の中に組み入れ、配管系統を切り替えるだけで吸着剤に吸着された二酸化炭素を回収することができる。
また、本発明の二酸化炭素吸着システムを用いる吸着条件等は、対象とする二酸化炭素含有ガスの条件により任意に決めることができる。

本発明の二酸化炭素の脱着・回収システムは、上記二酸化炭素吸着システムに後続して組込まれた二酸化炭素回収装置のことである。本発明で用いる二酸化炭素の回収装置は、減圧ポンプと大容量一時吸着容器から構成され、二酸化炭素が吸着された二酸化炭素吸着装置のガス排出口に減圧ポンプを接続し、二酸化炭素吸着装置から脱着させた二酸化炭素を大容量一時吸着容器内に吸着保持する装置である。

次に、本発明の二酸化炭素の回収装置を図で説明する。図３は、二酸化炭素を吸着した吸着剤が充填された吸着装置から二酸化炭素を減圧下で脱着させ、大容量一時吸着容器中の吸着剤に再吸着させる装置である。

図３において、二酸化炭素吸着装置のガス排出口４は、二酸化炭素回収装置１０の吸引ライン１１に繋がれ、減圧ポンプ１２により吸引され大容量一時吸着容器１３中の吸着剤１４に再吸着される。二酸化炭素をほとんど含有しないガスは大気開放口１５から排出される。なお、このとき、二酸化炭素吸着装置のガス供給口は閉じた状態にされる。
また、本発明の二酸化炭素回収装置を用いる脱着条件等は、特に限定されず、任意に決めることができる。

吸着剤から二酸化炭素が脱着させた上記二酸化炭素吸着装置は、二酸化炭素吸着性能が、最初の状態に戻り、再度用いることができるが、必要に応じて、吸着剤の再生処理を行うことができる。

また、大容量吸着容器中の吸着剤に再吸着された二酸化炭素は、必要に応じて、同様の減圧法等の手段により回収されて他の容器又は他のライン等を経てそれぞれの用途に用いることができる。
大容量吸着容器内の吸着剤は、上記二酸化炭素吸着装置で用いる吸着剤と同様なものを用いることができる。また、その容量等は、用いる二酸化炭素吸着装置等に応じて、任意に決めることができる。

本発明の二酸化炭素吸着システムおいては、二酸化炭素に対して選択特異的な吸着性能と脱着性能を同時に兼ね備える酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を用いることが重要である。これによって、二酸化炭素の大気中への放出を抑制することができるとともに、省エネルギー的に吸着性能と脱着性能を制御することができ、かつ半永久的にその吸着性能と脱着性能を維持させ続けることができる。

さらに、本発明の脱着・回収システムにおいて、上記吸着システムから脱着させた二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を用いることが重要な意義を有する。これによって、脱着させた二酸化炭素を不用意に系外に排出させてしまうことなく、エネルギー的観点から全体としての二酸化炭素の収支バランスを考慮した上で効率よく二酸化炭素の排出を削減することができる。

ところで、二酸化炭素の大気中への放出を抑制する技術的手段について思料すると、その本質的な問題は二酸化炭素の拡散性にあると思われる。すなわち、二酸化炭素をはじめ、気体状の物質はひとたび大気に開放され拡散されると、時間の経過と共に急激に希釈されてしまうので簡単には全量を回収することができなくなってしまう。例えば、同様の問題の好例としては、大気や海洋・河川において今まで発生してきた公害問題があり、いかなる物質も自然界で希釈され続けるという表面上の現象に油断して有害排出量の総量を見落としてしまった結果ゆえの事態であると捉えることができる。

このような問題に対して、本発明の二酸化炭素吸着システム及び脱着・回収システムでは、二酸化炭素を含むガスが放出され拡散し希釈されて回収が事実上不可能になる前に、さまざまな発生源において高濃度のガスから二酸化炭素を吸着分離する。その後、減圧又は加温処理等を施すことにより、前記二酸化炭素を脱着させて、工業製品製造のための有用な資源として随時使用できるように貯蔵することができる。また、これによって、吸着システムに用いる酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤は半永久的にその吸着性能と脱着性能を持続させることができるので、資源循環型社会の構築に貢献する。

上記二酸化炭素吸着装置に用いる酸化アルミニウムを主成分とする粉末の組成としては、特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ_２Ｏ_３）、及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の酸化物、例えば、酸化ナトリウム又は酸化カリウムを含むものであってもよい。

また、酸化アルミニウムを主成分とする粉末の比表面積としては、特に限定されるものではなく、１００〜５００ｍ^２／ｇが好ましい。また、平均粒径としては、特に限定されるものではなく、１〜２００μｍが好ましい。

このような酸化アルミニウムを主成分とする粉末の原料は、特に限定されるものではなく、天然に大量に産するボーキサイトやコランダムが用いられるが、その中で研磨剤として使用され、産業廃棄物として粉体状態の残渣が排出されるコランダム等のアルミナ製研磨剤の研磨残渣が好ましく用いられる。これらの中では、前記研磨残渣を原料として有効活用して、洗浄、加熱等の処理を適切な条件で施せば、吸着性能と脱着性能を同時に兼ね備える微細な粉末状の活性アルミナ粉末を省エネルギー的な製造方法で得ることができる。

大容量一時吸着容器から回収された二酸化炭素は、ビニールハウス等の閉鎖系集約農業の現場において作物の光合成の効率向上のために使用したり、消火器の消化剤及びドライアイスの原料として有効に活用される用途に利用することができる。

本発明の二酸化炭素吸着装置及び脱着・回収装置は、住宅業界、自動車業界、電力業界、ガス業界等において発生する二酸化炭素の排出を抑止する手段として用いられる。例えば、具体的には、自動車業界では、エンジンルームのエアクリーナー内に上記吸収装置を取り付けることにより排気ガス中の二酸化炭素濃度を低減することができ、また、住宅業界では２４時間換気システムに上記吸収装置を組み込むことにより人間活動（暖房、調理、呼吸等）に伴う二酸化炭素の屋外への排出を低減することの可能な住宅を提供することができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた比表面積、平均粒径、及びＣＯ_２吸着量の評価方法は、以下の通りである。
（１）比表面積の測定：ＢＥＴ法で行なった。
（２）平均粒径の測定：重力沈降法で行なった。
（３）ＣＯ_２吸着量の測定：微量拡散分析法の改良法（ＳｏｉｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｌａｎｔＮｕｔｒｉｔｉｏｎ（ＩＳＳＮ００３８−０７６８）、社団法人日本土壌肥料学会、第４１巻、第１号、１９９５年、Ｐ．１４１−１４６に記載している。）で行なった。

また、実施例で用いた酸化アルミニウム混合物Ａ〜Ｄの化学組成はＡｌ_２Ｏ_３：９９．５重量％、ＳｉＯ_２：０．０２重量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．０３重量％、Ｎａ_２Ｏ：０．４５重量％であり、比較例で用いた合成ゼオライトの化学組成はＡｌ_２Ｏ_３：４６重量％、ＳｉＯ_２：３６％、Ｆｅ_２Ｏ_３：１８重量％であった。

（実施例１）
図１に示した円筒状吸着容器に、吸着剤として酸化アルミニウム混合物Ａ（比表面積：１００ｍ^２／ｇ）１０００ｇを装填し、二酸化炭素含有ガス（ＣＯ_２濃度１体積％、Ｎ_２濃度７８体積％、Ｏ_２濃度２０体積％、その他ガス（Ａｒ等）１体積％）を１０Ｌ／ｍｉｎで給気した。なお、吸着容器内のガス温度を４０℃に調整した。１０ｍｉｎ通気後、ＣＯ_２吸着量を求めた。結果を表１に示す。

（実施例２）
吸着剤として酸化アルミニウム混合物Ｂ（比表面積：２００ｍ^２／ｇ）を用いた以外は実施例１と同様に行い、ＣＯ_２吸着量を求めた。結果を表１に示す。

（実施例３）
吸着剤として酸化アルミニウム混合物Ｃ（比表面積：３００ｍ^２／ｇ）を用いた以外は実施例１と同様に行い、ＣＯ_２吸着量を求めた。結果を表１に示す。

（実施例４）
吸着剤として酸化アルミニウム混合物Ｄ（比表面積：５００ｍ^２／ｇ）を用いた以外は実施例１と同様に行い、ＣＯ_２吸着量を求めた。結果を表１に示す。

（実施例５）
実施例１における二酸化炭素を吸着した後の吸着装置を、図３に示した方式の二酸化炭素回収装置に接続した。次いで、二酸化炭素吸着容器の開閉コックを閉にした状態で、減圧吸引して大容量一時吸着容器に二酸化炭素を回収した。なお、回収率は吸着された二酸化炭素の９８％であった。

（比較例１）
吸着剤として合成ゼオライトを用いた以外は実施例１と同様に行い、ＣＯ_２吸着量を求めた。結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜４では、吸着剤として酸化アルミニウム混合物を内蔵した二酸化炭素吸着システムを用いたので、高い値のＣＯ_２吸着量が得られ、二酸化炭素を効率良く吸着することができることが分かる。これに対して、比較例１では、吸着剤の種類がこれらの条件に合わないので、低い値のＣＯ_２吸着量であり満足すべき結果が得られないことが分かる。

以上より明らかなように、本発明の二酸化炭素吸着システムは、住宅業界、自動車業界、電力業界、ガス業界等において、温室効果の主要な原因物質として排出削減が求められている二酸化炭素の削減目標（例えば、京都議定書）の達成に寄与する。また、その他さまざまな用途へ拡大適用することができ、実質的な資源循環型社会の構築に貢献する技術として有用である。

吸着剤を円筒状又は直方体状の吸着容器に充填した装置の一例を表す図である。吸着剤をシート状に成形したフィルターを吸着容器に嵌入した装置の一例を表す図である。本発明の二酸化炭素回収システムの一例を表す図である。

符号の説明

１二酸化炭素吸着装置
２吸着容器
３ガス供給口
４ガス排出口
５吸着剤
６吸着容器
７フィルター
１０二酸化炭素回収装置
１１吸引ライン
１２減圧ポンプ
１３大容量一時吸着容器
１４吸着剤
１５大気開放口

Claims

酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤を、ガス供給口及びガス排出口を有する円筒状または直方体状の吸着容器に充填し、二酸化炭素含有ガスをガス供給口に導入し、吸着容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させることを特徴とする二酸化炭素吸着システム。
酸化アルミニウムを主成分とする粉末からなる吸着剤をシート状に成形したフィルターを、ガス供給口及びガス排出口を有する吸着容器内に嵌入し、二酸化炭素含有ガスを供給口に導入し、容器内で前記吸着剤に二酸化炭素を選択的に吸着させ、ガス排出口から二酸化炭素濃度を減少させたガスを排出させることを特徴とする二酸化炭素吸着システム。
酸化アルミニウムを主成分とする粉末が、アルミナ製研磨剤の研磨残渣であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着システム。
請求項１〜３のいずれかに記載の二酸化炭素吸着システムに、減圧ポンプと大容量一時吸着容器から構成される回収装置を組み込んだ二酸化炭素の脱着・回収システムであって、
二酸化炭素が吸着された二酸化炭素吸着システムのガス排出口に前記減圧ポンプを接続し、二酸化炭素吸着システムから脱着させた二酸化炭素を前記大容量一時吸着容器内に吸着保持することを特徴とする二酸化炭素の脱着・回収システム。