JP2006298707A - 二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を効率よく分離して、高純度の二酸化炭素を回収することが可能な二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置、さらには、高温で二酸化炭素を吸収することが可能で、高純度の二酸化炭素を効率よく回収することが可能な二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置を提供する。
【解決手段】二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させた後、二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させて、二酸化炭素吸収材を再生し、二酸化炭素の吸収と放出を繰り返して行うことにより、二酸化炭素を分離回収する場合において、二酸化炭素を放出させる工程で、二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱して二酸化炭素を放出させる。
二酸化炭素の吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とするものを用いるとともに、二酸化炭素の放出工程における加熱温度を８００〜１０００℃とする
【選択図】図１

Description

本願発明は、二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置に関し、詳しくは、二酸化炭素を吸収し、所定の条件下で吸収した二酸化炭素を放出する二酸化炭素吸収材を用いて二酸化炭素を分離回収する方法および該方法を実施するための二酸化炭素の分離回収装置に関する。

排気ガスから二酸化炭素を回収する技術は、大別して、
(１)排ガス直接回収（酸素／二酸化炭素燃焼）法、
(２)排ガス分離・回収法、
(３)燃焼前分離・回収（水素燃焼）法
の３つに分類することができる（非特許文献１参照）。

上記(１)の排ガス直接回収（酸素／二酸化炭素燃焼）法は、空気中に含まれる窒素を空気から分離して、酸素により含炭素燃料を燃焼させる方法である。燃焼排気ガスは、窒素を含まず、二酸化炭素と水蒸気が主成分となるので、排気ガスを１００℃以下に冷却することにより水蒸気が凝縮し、容易に二酸化炭素を分離することが可能であり、また、分離された二酸化炭素の一部を燃焼部分に戻すことにより、燃焼温度を調節することができるとされている。なお、空気から窒素を分離する分離技術としては、深冷分離法、膜分離法、吸着分離法などが適用できるが、分離エネルギーが大きくなるという問題点を有している。

また、上記(２)の排ガス分離・回収法は、最も一般的に用いられる二酸化炭素分離技術であり、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法に分類できる。大型設備においては、アミン吸収材や炭酸カリウム吸収材などを使用する化学吸収法、水やポリエチレングリコールなどを使用する物理吸収法が用いられている。また、中型から小型設備においては、ポリイミド膜などを使用した膜分離法、活性炭を使用した吸着分離法が実用化されている。

また、上記(３)の燃焼前分離・回収（水素燃焼）法は、含炭素燃料の水蒸気改質後の高温状態で二酸化炭素を回収する技術であり、燃焼ガスからの二酸化炭素分離法に比較して、処理するガス量を少なくできる特徴を有している。

このような状況下において、高温の排気ガスから二酸化炭素を分離する方法として、リチウムシリケートを二酸化炭素の吸収材として用い、５００℃以上の温度で排気ガスから二酸化炭素を分離する方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、その他にも、リチウムシリケートを二酸化炭素の吸収材として用い、含炭素燃料の水蒸気改質後の二酸化炭素を含むガスを４００℃〜７００℃の温度で吸収材と接触させ、二酸化炭素と吸収材を反応させることにより二酸化炭素を吸収させた後、二酸化炭素を吸収した吸収材を７００〜９００℃の温度で再生させる方法が提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献１および２の方法においては、７００℃以上の高温状態では二酸化炭素と吸収材の反応が生じにくく、二酸化炭素を効率よく吸収させることが困難であるという問題点がある。

また、吸収材の再生（すなわち、二酸化炭素の放出）に多大なエネルギーを必要とするという問題点がある。
化学工学会監修、黒田千秋、宝田恭之編、「ＣＲＥＡＴＩＶＥ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＣＯＵＲＳＥ 地球環境問題に挑戦する」、７３、培風館、１９９６年６月１５日、ｐ．７１〜１０７ 特開２０００−２６２８９０号公報 特開２００３−０５４９２７号公報

本願発明は、上述のような従来の技術の課題を解決するものであり、二酸化炭素を効率よく分離して、高純度の二酸化炭素を回収することが可能な二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置、さらには、高温で二酸化炭素を吸収することが可能で、高純度の二酸化炭素を効率よく回収することが可能な二酸化炭素の分離回収方法および二酸化炭素の分離回収装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）の二酸化炭素の分離回収方法は、
(ａ)二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
(ｂ)二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる放出工程と
を備えた二酸化炭素の分離回収方法であって、
前記(ｂ)の放出工程において、二酸化炭素を吸収させた前記二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させること
を特徴としている。

また、請求項２の二酸化炭素の分離回収方法は、請求項１の発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とするものを用いるとともに、前記(ｂ)の放出工程における加熱温度を８００〜１０００℃とすることを特徴としている。

また、本願発明（請求項３）の二酸化炭素の分離回収装置は、
二酸化炭素を含む気流を二酸化炭素吸収材に接触させることにより、二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収機構部と、
二酸化炭素を含む気流と接触して二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出機構部と
を具備することを特徴としている。

また、請求項４の二酸化炭素の分離回収装置は、請求項３の発明の構成において、前記二酸化炭素吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とするものが用いられているとともに、前記二酸化炭素放出機構部が、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ８００〜１０００℃に加熱することができるように構成されていることを特徴としている。

本願発明（請求項１）の二酸化炭素の分離回収方法は、二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる放出工程とを備えた二酸化炭素の分離回収方法において、放出工程において、二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させるようにしているので、二酸化炭素の放出（二酸化炭素吸収材の再生）を効率よく行うことが可能になるとともに、高純度の二酸化炭素を回収することが可能になる。

すなわち、二酸化炭素を放出させる放出工程において、補助ガスとして過熱水蒸気を供給しながら加熱を行うことにより、二酸化炭素の分圧を低くすることが可能になり、比較的低温で二酸化炭素を効率よく放出させることが可能になる。

一方、放出工程で高純度の二酸化炭素を回収するためには、通常、放出温度を高くしたり、減圧下で放出操作を行ったりすることが必要になり、二酸化炭素を回収するために要するエネルギーが増大するが、本願発明（請求項１）の二酸化炭素の分離回収方法においては、過熱水蒸気を補助ガスとして用いるようにしているので、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を冷却して水分を凝縮させることにより、大きなエネルギーを必要とすることなく、高純度の二酸化炭素を効率よく回収することが可能になる。

なお、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を効率よく放出させるには、通常、
(１)操作圧力を下げる、
(２)操作温度を上げる、
(３)窒素などの補助ガスを流す
などの方法が考えられるが、上記(１)の操作圧力を下げる方法の場合には、減圧用ポンプなどの動力が必要になるという問題点があり、また、上記(２)の操作温度を上げる方法の場合には、昇温のために要するエネルギーが大きいという問題点があり、さらに、上記(３)の補助ガスを流す方法の場合には、二酸化炭素濃度が低下するという問題点がある。

これに対し、本願発明（請求項１）のように、過熱水蒸気を補助ガスとして用いた場合には、上記(１)〜(３)の方法の場合に生じるような問題を生じることなく、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を冷却して水分を凝縮させることにより、高純度の二酸化炭素を効率よく回収することが可能になる。

なお、本願発明において水蒸気として、過熱水蒸気を用いるようにしているのは、二酸化炭素吸収材に接したときに露点温度以下になって二酸化炭素吸収材が結露した水に濡れてしまうことがないようにするためである。ただし、二酸化炭素吸収材に接するまでに過熱水蒸気になっていればよいので、供給段階では飽和水蒸気であっても、また、露点以下の条件の水蒸気であってもよい。

また、本願発明（請求項１）の二酸化炭素の分離回収方法において用いられる二酸化炭素吸収材としては、例えば、一般式：Ｂａ₂ＴｉＯ₄で示される複合酸化物や、一般式：Ｓｒ₂ＴｉＯ₄で示される複合酸化物を主成分とする物質などが挙げられる。
なお、二酸化炭素吸収材は、不純物としてＭｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｎｉなどの不純物を含んでいてもよく、さらに、Ｄｙなどの希土類を不純物として含んでいてもよい。

また、Ｂａ₂ＴｉＯ₄は、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）を、炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）の存在下に焼成し、下記の化学式(１)で示される反応を生起させることにより得ることができる。
ＢａＴｉＯ₃＋ＢａＣＯ₃ → Ｂａ₂ＴｉＯ₄＋ＣＯ₂↑ （１）
そして、このＢａ₂ＴｉＯ₄で示される物質は、所定の条件下で、下記の化学式(２)の反応により二酸化炭素を吸収してＢａＴｉＯ₃になる。
Ｂａ₂ＴｉＯ₄＋ＣＯ₂ → ＢａＴｉＯ₃＋ＢａＣＯ₃ （２）
また、二酸化炭素を吸収することにより生じたＢａＴｉＯ₃は、所定の温度以上に加熱することにより、下記の化学式(３)の反応により二酸化炭素を放出して、Ｂａ₂ＴｉＯ₄に戻る。
ＢａＴｉＯ₃＋ＢａＣＯ₃ → Ｂａ₂ＴｉＯ₄ ＋ＣＯ₂↑ （３）

なお、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）を原料として用いる場合にも、上記のチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）の場合に準じる反応により、二酸化炭素吸収材と有効な一般式：Ｓｒ₂ＴｉＯ₄で表される複合酸化物を得ることができる。
本願発明においては、さらにその他の二酸化炭素吸収材を用いることも可能である。

また、請求項２の二酸化炭素の分離回収方法のように、請求項１の発明の構成において、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とする二酸化炭素吸収材を用いることにより、例えば、温度：５００〜９００℃の高温条件下でも二酸化炭素を効率よく吸収することが可能になるとともに、８００〜１０００℃に加熱することにより、二酸化炭素を効率よく放出させることが可能になり、本願発明をより実効あらしめることができる。

なお、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とする二酸化炭素吸収材を用いる場合において、二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる工程における加熱温度を８００〜１０００℃の範囲にしたのは、加熱温度が８００℃未満になると、二酸化炭素を効率よく放出させることができなくなり、また、加熱温度を１０００℃を超える温度にしても二酸化炭素の放出効果に顕著な向上はなく、いたずらに熱エネルギーの増大を招くことによる。

また、本願発明（請求項３）の二酸化炭素の分離回収装置は、二酸化炭素を含む気流を二酸化炭素吸収材に接触させることにより、二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収機構部と、二酸化炭素を含む気流と接触して二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出機構部とを具備しているので、二酸化炭素吸収機構部において二酸化炭素を効率よく吸収することが可能になるとともに、二酸化炭素吸収機構部において、吸収した二酸化炭素の放出（二酸化炭素吸収材の再生）を確実に行うことが可能になる。

また、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を凝縮させることにより、高純度の二酸化炭素を効率よく回収することが可能になる。
したがって、本願発明の二酸化炭素の分離回収装置を用いることにより、二酸化炭素の分離および高純度の二酸化炭素の回収を経済的に、しかも効率よく行うことが可能になる。

また、請求項４の二酸化炭素の分離回収装置のように、請求項３の発明の構成において、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とする二酸化炭素吸収材を用いることにより、例えば、温度：５００〜９００℃の高温条件下でも二酸化炭素を効率よく吸収することが可能になるとともに、８００〜１０００℃に加熱することにより、二酸化炭素を効率よく放出させることが可能になり、本願発明をより実効あらしめることができる。

以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［二酸化炭素の吸収工程］
図１に模式的に示すような試験装置を用いて、二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させた後、二酸化炭素の放出試験を行い、二酸化炭素を吸収した後の二酸化炭素吸収材の放出挙動を調べた。
(１)図１に示すように、外側に電熱ヒーター２が配設された内径２２mm、長さ３００mmのステンレス製の容器１に、平均粒子径２mmの二酸化炭素吸収材（Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする物質）３を２２ｇ（約１０ml）充填し、１８Ｎｌ／ｈの速度で窒素ガスを流通させ、電熱ヒーター２により窒素ガス入口温度を７００℃に制御した。
(２)そして、流通させた窒素の温度が安定した後に、二酸化炭素濃度が１０mol％となるように、二酸化炭素を２Ｎｌ／ｈの速度で流通させ、二酸化炭素の吸収を開始した。
(３)二酸化炭素吸収材を通過したガスの二酸化炭素濃度を、二酸化炭素分析計（株式会社堀場製作所製 非分散型赤外線吸収装置）により測定して、二酸化炭素濃度の経時変化を調べ、二酸化炭素吸収材を通過したガスの二酸化炭素濃度が入口濃度と等しくなった時点で二酸化炭素の吸収操作を終了した。

二酸化炭素の全吸収率は、二酸化炭素吸収装置出口の二酸化濃度の積分値および二酸化炭素吸収材の重量増加より測定した。そして、両者の測定結果がほぼ一致したことから、重量増加を測定することにより、二酸化炭素の吸収量（ＣＯ₂全吸収量）を算出した。なお、このときのＣＯ₂全吸収量は、二酸化炭素吸収材１００ｇに対して、二酸化炭素１０．９４ｇであった。
なお、二酸化炭素吸収材が不純物を含まないＢａ₂ＴｉＯ₄の場合、二酸化炭素吸収材１００ｇに対するＣＯ₂全吸収量の理論量は１１．４ｇとなる。

［二酸化炭素の放出工程］
上述のようにして二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材を、ステンレス製の容器に装備された電熱ヒーターを用いて加熱し、二酸化炭素吸収材の温度を９００℃に制御しつつ、過熱水蒸気を１０Ｎｌ／ｈの流通量で流通させ、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素を放出させた。

放出操作を２時間継続し、二酸化炭素吸収材（Ｂａ₂ＴｉＯ₄）の重量の減少値より、二酸化炭素の放出量（ＣＯ₂全放出量）を調べ、二酸化炭素の放出率（放出された二酸化炭素の全量（ＣＯ₂全放出量）の二酸化炭素吸収材に吸収されていた二酸化炭素の全量（ＣＯ₂全吸収量）に対する重量基準の１００分率）を以下の式により求めた。
放出率（％）＝（ＣＯ₂全放出量／ＣＯ₂全吸収量）×１００
その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は９７％であった。

二酸化炭素の放出工程における二酸化炭素吸収材の加熱温度を１０００℃に制御した以外は、実施例１の場合と同じ条件で、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素の放出操作を行った。その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は９９％であった。
また、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を冷却して水分を凝縮させることにより、純度がほぼ１００％の高純度の二酸化炭素を回収することができた。

二酸化炭素の放出工程における二酸化炭素吸収材の加熱温度を８００℃に制御した以外は、実施例１の場合と同じ条件で、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素の放出操作を行った。その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は５７％であった。
また、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を冷却して水分を凝縮させることにより、純度がほぼ１００％の高純度の二酸化炭素を回収することができた。

過熱水蒸気を２０Ｎｌ／ｈの割合で流通させた以外は、実施例３の場合と同じ条件で、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素の放出操作を行った。その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は７８％であった。
また、放出された二酸化炭素を含む水蒸気を冷却して水分を凝縮させることにより、純度がほぼ１００％の高純度の二酸化炭素を回収することができた。

［比較例１］
過熱水蒸気の代わりに窒素ガスを１０Ｎｌ／ｈの流通量で流通させた以外は、実施例１の場合と同じ条件で、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素の放出操作を行った。その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は９８％であった。
しかし、この比較例の場合、放出された二酸化炭素が窒素ガスとの混合物になっているため、高純度の二酸化炭素を回収するためには、再度分離操作を行うことが必要となる。

［比較例２］
二酸化炭素吸収材の加熱温度を７００℃に制御して、二酸化炭素の放出工程を実施したこと以外は、実施例４の場合と同じ条件で、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素の放出操作を行った。その結果、二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出率は１％以下と低く、実用性を備えていないことが確認された。

［実施例１〜４と比較例１，２の対比］
実施例１〜４および比較例１，２の条件と二酸化炭素の吸収特性および放出特性をまとめて表１に示す。

上記の各実施例１〜４と、比較例１，２を対比すると、実施例１と比較例１より、二酸化炭素吸収材を９００℃に制御して放出工程を実施することにより、二酸化炭素を効率よく放出させることが可能であることがわかる。

しかしながら、比較例１では、放出工程で補助ガスとして窒素ガスを使用しているので、放出させた二酸化炭素を窒素ガスと分離しなければ高純度の二酸化炭素を得ることはできず、二酸化炭素と窒素ガスとを分離しようとすると分離工程や分離設備が必要になり、コストの大幅な増大を招く結果となる。

これに対し、実施例１の場合には、放出された二酸化炭素と水蒸気を含む排出ガスを冷却し、水分を凝縮させて除去することにより、コストの大幅な増大を招くことなく、純度がほぼ１００％の二酸化炭素を回収することができる。

また、実施例２および実施例３に示すように、過熱水蒸気を補助ガスに用い、二酸化炭素吸収材を８００〜１０００℃に制御して放出工程を実施することにより、二酸化炭素を効率よく放出させることが可能であることがわかる。
なお、二酸化炭素吸収材の加熱温度を８００℃とした実施例３の場合には、放出の効率が悪くなる傾向が見られるが、補助ガスの流量を増やすことにより、放出に要する時間を短縮することは可能である。

しかしながら、比較例２からわかるように、二酸化炭素吸収材を７００℃に制御して放出工程を実施した場合、過熱水蒸気を補助ガスとして２０Ｎｌ／ｈの割合で供給しても、二酸化炭素吸収材に吸収された二酸化炭素をほとんど放出させることができなかった。

したがって、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする二酸化炭素吸収材を用いる場合、放出工程における二酸化炭素吸収材の加熱温度を８００℃以上の温度とすることが好ましい。また、二酸化炭素吸収材の加熱温度を１０００℃を超える温度（例えば１１００℃）にしても二酸化炭素の放出効果に顕著な向上はなく、いたずらに熱エネルギーの増大を招くことになる。したがって、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする二酸化炭素吸収材を用いる場合、二酸化炭素を放出させる工程における二酸化炭素吸収材の加熱温度は８００〜１０００℃の範囲とすることが望ましい。

なお、上記実施例および比較例では、二酸化炭素吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする物質を用いる場合を例にとって説明したが、本願発明においては、二酸化炭素吸収材の種類に特別の制約はなく、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物以外を主成分とする物質以外にも、一般式：Ｓｒ₂ＴｉＯ₄で示される複合酸化物を主成分とする物質など、種々の物質を二酸化炭素吸収材として用いる場合に広く適用することが可能である。

図２は本願発明の一実施例にかかる二酸化炭素の分離回収装置の概略構成を示す図である。
この二酸化炭素の分離回収装置は、燃焼排ガス（二酸化炭素含有ガス）中の二酸化炭素を、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする二酸化炭素吸収材により吸収、分離した後、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させて回収するために用いられる二酸化炭素の分離回収装置である。

そして、この二酸化炭素の分離回収装置は、二酸化炭素吸収機構部および二酸化炭素放出機構部として機能する二つの機構部Ａ，Ｂを備えている。
そして、各機構部ＡおよびＢはいずれも、容器１１と、ヒーター１２と、容器１１の内部に充填された本願発明にかかる二酸化炭素吸収材３とを備えている。

また、この二酸化炭素の分離回収装置は、燃焼排ガスを二つの機構部Ａ，Ｂに供給するための燃焼排ガス供給ライン１０を備えており、燃焼排ガス供給ライン１０には燃焼排ガスの流れを切り替える切替弁１０ａが配設されている。

さらに、この二酸化炭素の分離回収装置は、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材からの二酸化炭素の放出を促進するための補助ガスとして過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給ライン２０と、過熱水蒸気の流れを切り替える切替弁２０ａとを備えている。

なお、図２においては、切替弁１０ａにより、左側の機構部Ａに二酸化炭素含有ガス（原料ガス）が供給されるように設定された状態を示しており、左側の機構部Ａが二酸化炭素吸収機構部として機能し、右側の機構部Ｂが二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出機構部として機能する状態を示している。

そして、図２に示すように、左側の機構部Ａに燃焼排ガスが供給されるように切替弁１０ａを切り替えた状態で、燃焼排ガス（この実施例５では、圧力：常圧、温度：約７００℃、二酸化炭素（ＣＯ₂）含有率：２０vol％の燃焼排ガス）を供給することにより、機構部（二酸化炭素吸収機構部）Ａで二酸化炭素の吸収が行なわれる。

一方、機構部（二酸化炭素放出機構部）Ｂでは、ヒーター１２により、容器１１内の二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材３を、過熱水蒸気供給ライン２０から過熱水蒸気を供給しつつ８５０℃に加熱することにより、二酸化炭素吸収材３から二酸化炭素を放出させて、二酸化炭素吸収材３を再生させる。
また、放出された二酸化炭素と水蒸気を含む排ガスは、特に図示しない凝縮器に導かれ、補助ガスである水蒸気が凝縮することにより、不凝縮ガスである二酸化炭素が高濃度で回収される。

そして、機構部（二酸化炭素吸収機構部）Ａに充填された二酸化炭素吸収材３の二酸化炭素吸収性能が低下すると、右側の機構部Ｂに燃焼排ガスが供給されるように切替弁１０ａを切り替え、燃焼排ガスを機構部Ｂに供給し、機構部（二酸化炭素吸収機構部）Ｂに充填された二酸化炭素吸収材３により二酸化炭素の吸収を行う。

一方、機構部Ａでは、ヒーター１２により容器１１内の、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材３を、過熱水蒸気供給ライン２０から過熱水蒸気を機構部Ａに供給しつつ８５０℃に加熱して、二酸化炭素吸収材３から二酸化炭素を放出させて、二酸化炭素吸収材３を再生させる。なお、機構部Ａへの過熱水蒸気の供給は過熱水蒸気供給ライン２０に配設された切替弁２０ａを切り替えて行う。
また、機構部Ａで放出された二酸化炭素と水蒸気を含む排ガスは、特に図示しない凝縮器に導かれ、補助ガスである水蒸気が凝縮することにより、不凝縮ガスである二酸化炭素が高濃度で回収される。

そして、この切り替えを繰り返すことにより、長期間にわたって、安定して二酸化炭素の分離、回収を行うことが可能になる。
なお、機構部Ａと機構部Ｂを交互に二酸化炭素吸収機構部と二酸化炭素放出機構部に切り替える際の、各機構部Ａ、Ｂから排出されるガスの流路の切り替え、および、過熱水蒸気の流路の切り替えは、上述のように、燃焼排ガス供給ライン１０および過熱水蒸気供給ライン２０に切替弁１０ａ，２０ａを設けることにより容易に行うことが可能である。

上述のように、この実施例５の二酸化炭素の分離回収装置によれば、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主成分とする二酸化炭素吸収材を、燃焼排ガスと接触させて二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させるとともに、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ所定の温度に加熱して、二酸化炭素を放出させるようにしているので、二酸化炭素吸収機構部において、高温下で二酸化炭素を確実に吸収することが可能になるとともに、二酸化炭素放出機構部において、吸収した二酸化炭素を効率よく放出させる（二酸化炭素吸収材を再生させる）ことが可能になり、高温下における二酸化炭素の分離、回収を経済的に、かつ、安定して効率よく行うことができるようになる。

また、この実施例５では、機構部Ａと機構部Ｂを並列に設置し、切替弁１０ａにより燃焼排ガスの流れを切り替えるとともに、切替弁２０ａにより過熱水蒸気の流れを切り替えて、機構部Ａと機構部Ｂが交互に二酸化炭素吸収機構部としての機能と、二酸化炭素放出機構部としての機能を果たすようにしているが、二酸化炭素吸収機構部と二酸化炭素放出機構部とを異なる構造を備えた専用の機構部として構成し、二酸化炭素吸収機構部は二酸化炭素の吸収のみ、二酸化炭素放出機構部は二酸化炭素の放出のみを行うように構成することも可能である。なお、その場合には、適宜、二酸化炭素吸収材の詰め替えなどを行うことが必要になる。

なお、本願発明は、上記の各実施例に限定されるものではなく、二酸化炭素吸収材の種類、二酸化炭素の吸収条件および放出条件、二酸化炭素の分離回収装置を構成する二酸化炭素吸収機構部や二酸化炭素放出機構部の具体的な構成などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本願発明は、二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させた後、二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させることにより、二酸化炭素吸収材を再生して、二酸化炭素の吸収と放出を繰り返して行うことにより、二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素の分離回収方法および分離回収装置において、二酸化炭素を放出させる工程で、二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させるようにしているので、二酸化炭素の放出（二酸化炭素吸収材の再生）を効率よく行うことが可能になるとともに、高純度の二酸化炭素を回収することが可能になる。
したがって、本願発明は、自動車エンジンからの排ガス中の二酸化炭素の分離や、工場において発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素の分離回収など、種々の分野で発生する二酸化炭素を含むガスからの二酸化炭素の分離や回収に広く適用することが可能である。

二酸化炭素の放出試験を行って、二酸化炭素を吸収した後の二酸化炭素吸収材の放出挙動を調べるために用いた試験装置を示す図である。 本願発明の一実施例にかかる二酸化炭素の分離回収装置の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 容器
２ 電熱ヒーター
３ 二酸化炭素吸収材
１０ 燃焼排ガス供給ライン
１０ａ 燃焼排ガス供給ラインの切替弁
１１ 容器
１２ ヒーター
２０ 過熱水蒸気供給ライン
２０ａ 過熱水蒸気供給ラインの切替弁
Ａ，Ｂ 機構部

Claims (4)

1. (ａ)二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を吸収させる吸収工程と、
   (ｂ)二酸化炭素を吸収させた二酸化炭素吸収材から二酸化炭素を放出させる放出工程と
   を備えた二酸化炭素の分離回収方法であって、
   前記(ｂ)の放出工程において、二酸化炭素を吸収させた前記二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させること
   を特徴とする、二酸化炭素の分離回収方法。
2. 前記二酸化炭素吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とするものを用いるとともに、前記(ｂ)の放出工程における加熱温度を８００〜１０００℃とすることを特徴とする、請求項１に記載の二酸化炭素の分離回収方法。
3. 二酸化炭素を含む気流を二酸化炭素吸収材に接触させることにより、二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収機構部と、
   二酸化炭素を含む気流と接触して二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ加熱することにより二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出機構部と
   を具備することを特徴とする、二酸化炭素の分離回収装置。
4. 前記二酸化炭素吸収材として、Ｂａ₂ＴｉＯ₄系複合酸化物を主たる成分とするものが用いられているとともに、前記二酸化炭素放出機構部が、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材を、過熱水蒸気を供給しつつ８００〜１０００℃に加熱することができるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の二酸化炭素の分離回収装置。

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