JP2009291770A - Carbon dioxide gas absorbing material, and absorbing/releasing method and absorbing/releasing device for carbon dioxide gas - Google Patents

Carbon dioxide gas absorbing material, and absorbing/releasing method and absorbing/releasing device for carbon dioxide gas Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon oxide gas absorbing material capable of performing absorption/releasing of a carbon dioxide gas (CO<SB>2</SB>) in an atmosphere and having a sufficient carbon dioxide gas absorbing property. <P>SOLUTION: The carbon dioxide gas absorbing material is a carbon dioxide gas absorbing material containing Li<SB>2</SB>CuO<SB>2</SB>. Li<SB>2</SB>CuO<SB>2</SB>is preferably obtained by cooling a mixture obtained by mixing at least one selected from Li<SB>2</SB>O, Li<SB>2</SB>CuO<SB>2</SB>and LiOH with copper oxide at a temperature descending speed of 3.5°C/sec or higher after heating it at a temperature area of 655-965°C. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭酸ガス(CO)を吸収する炭酸ガス吸収材、並びにこれを用いた炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide absorber that absorbs carbon dioxide (CO 2 ), and a carbon dioxide absorption / release method and absorption / release apparatus using the same.

近年、地球温暖化防止のため、温室効果ガス排出量を低減させることが要望されると共に、温室効果ガスの大半を占める炭酸ガス(CO)を削減することが求められている。炭酸ガスの削減に向けた技術開発は、エネルギー変換効率の向上、新エネルギーの探索・開発、及び炭酸ガスの回収・隔離に分類される。 In recent years, in order to prevent global warming, it is required to reduce greenhouse gas emissions, and to reduce carbon dioxide (CO 2 ), which accounts for the majority of greenhouse gases. Technological development aimed at reducing carbon dioxide is classified into improving energy conversion efficiency, exploring and developing new energy, and collecting and sequestering carbon dioxide.

これらの中で、炭酸ガスの回収・隔離に関しては、近年盛んに研究が進められており、炭酸ガスを効率的に吸収することができる炭酸ガス吸収材の研究・開発が盛んに行なわれている。   Of these, research and development on carbon dioxide recovery and sequestration has been actively conducted in recent years, and research and development of carbon dioxide absorbers that can efficiently absorb carbon dioxide have been actively conducted. .

炭酸ガスの発生源は、発電所や溶融炉を持つプラントなどであることから、高温に耐えうる炭酸ガス吸収材が多く研究、開発されてきた。そのような中で、リチウム複合酸化物と炭酸ガスが反応して、酸化物と炭酸リチウムが生成することが見出されている。リチウム複合酸化物であるリチウムジルコネート(LiZrO)は、700℃付近を境にその低温側では炭酸ガスと反応して酸化ジルコニウム(ZrO)及び炭酸リチウム(LiCO)となり、その高温側では炭酸ガスを放出してリチウムジルコネートに戻ることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
LiZrO + CO→ ZrO + LiCO
このリチウムジルコネートによる炭酸ガスの最大吸収量は、28.74質量%である。
Since the source of carbon dioxide is a power plant or a plant with a melting furnace, many carbon dioxide absorbers that can withstand high temperatures have been researched and developed. Under such circumstances, it has been found that lithium composite oxide and carbon dioxide react to produce oxide and lithium carbonate. Lithium zirconate (Li 2 ZrO 3 ), which is a lithium composite oxide, reacts with carbon dioxide gas at the low temperature side around 700 ° C. to become zirconium oxide (ZrO 2 ) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), It is known that on the high temperature side, carbon dioxide is released to return to lithium zirconate (see, for example, Non-Patent Document 1).
Li 2 ZrO 3 + CO 2 → ZrO 2 + Li 2 CO 3
The maximum amount of carbon dioxide absorbed by this lithium zirconate is 28.74% by mass.

また、この文献には、リチウムジルコネート以外に、リチウムシリケート(LiSiO)が下記反応式のように同様な反応挙動を示すことが記載されている。
LiSiO + CO→ LiSiO + LiCO
この反応式から、リチウムシリケート(LiSiO)の炭酸ガスの最大吸収量は、36.72質量%である。
Further, this document describes that lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) exhibits the same reaction behavior as the following reaction formula in addition to lithium zirconate.
Li 4 SiO 4 + CO 2 → Li 2 SiO 3 + Li 2 CO 3
From this reaction formula, the maximum absorption amount of carbon dioxide in lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) is 36.72% by mass.

また、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収量を向上させたリチウム複合酸化物として、リチウムタイタネート(LiTiO)を利用した炭酸ガス吸収材が提案されている(例えば、非特許文献2〜3参照)。このリチウムタイタネートは、下記反応式のように、約860℃付近を境に低温側では炭酸ガスを吸収し、その高温側では炭酸ガスを放出するとされている。
LiTiO + 1.5CO→ LiTiO2.5 + 1.5LiCO
この反応式から、リチウムタイタネート(LiTiO)の炭酸ガスの最大吸収量は、43.1質量%である。この吸収量は、リチウム複合酸化物の炭酸ガス吸収材の中で最も大きい。
Further, as a lithium composite oxide in which the carbon dioxide absorption amount of the carbon dioxide absorbent is improved, a carbon dioxide absorbent using lithium titanate (Li 4 TiO 4 ) has been proposed (for example, Non-Patent Documents 2 to 2). 3). As shown in the following reaction formula, this lithium titanate absorbs carbon dioxide gas at the low temperature side around about 860 ° C. and releases carbon dioxide gas at the high temperature side.
Li 4 TiO 4 + 1.5CO 2 → LiTiO 2.5 + 1.5Li 2 CO 3
From this reaction formula, the maximum absorption amount of carbon dioxide of lithium titanate (Li 4 TiO 4 ) is 43.1% by mass. This amount of absorption is the largest among the lithium composite oxide carbon dioxide absorbents.

一方、リチウム複合酸化物である化合物自体としては、他にLiCuOで表される化合物が知られている。
セラミックス 37(2002)No.11 B. L. Dubey and A. R. West, Nature Physical Science, vol.235, February 21(1972) R. P. Gunawardane, et al., J. Solid State Chem 112, 70-72(1994)
On the other hand, as a compound itself which is a lithium composite oxide, a compound represented by Li 2 CuO 2 is also known.
Ceramics 37 (2002) No. 11 BL Dubey and AR West, Nature Physical Science, vol.235, February 21 (1972) RP Gunawardane, et al., J. Solid State Chem 112, 70-72 (1994)

しかしながら、上記のようにリチウムタイタネート(LiTiO)は、炭酸ガス吸収量は大きいものの、LiTiOを合成するには、雰囲気に水素ガス雰囲気又は水素ガスを含む不活性ガスを用いなければならない。また、炭酸ガス中や大気中では、炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを完全に放出させることは困難である。炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを完全に放出させるためには、雰囲気に水素ガス雰囲気又は水素ガスを含む不活性ガスを用いる必要がある。 However, as described above, lithium titanate (Li 4 TiO 4 ) has a large carbon dioxide absorption, but in order to synthesize Li 4 TiO 4 , a hydrogen gas atmosphere or an inert gas containing hydrogen gas is used as the atmosphere. There must be. In addition, in carbon dioxide gas or in the atmosphere, it is difficult to completely release carbon dioxide from a carbon dioxide absorbent that has absorbed carbon dioxide. In order to completely release carbon dioxide from the carbon dioxide absorbent that has absorbed carbon dioxide, it is necessary to use a hydrogen gas atmosphere or an inert gas containing hydrogen gas as the atmosphere.

また、広く知られているLiCuOで表される化合物は、非平衡な合金組織として不要な相(不純物を含む)を多く含んでおり、単相化もしくは単結晶化することは難しい。このような不要な相(不純物)や結晶粒界が多量に存在すると、炭酸ガス吸収能は殆ど得られない。すなわち、これまでLiCuOの単一相もしくは単一結晶の化合物は得られておらず、LiCuOによる炭酸ガスの吸収能は期待されていなかったのが実状である。 Further, a widely known compound represented by Li 2 CuO 2 contains a lot of unnecessary phases (including impurities) as a non-equilibrium alloy structure, and it is difficult to obtain a single phase or a single crystal. If a large amount of such unnecessary phases (impurities) and crystal grain boundaries are present, the carbon dioxide absorption capacity is hardly obtained. That is, the Li 2 CuO 2 single-phase or single-crystal compound has not been obtained so far, and the actual condition is that the absorption ability of carbon dioxide gas by Li 2 CuO 2 has not been expected.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、大気等の炭酸ガス含有雰囲気中での炭酸ガス(CO)の吸収放出が可能であり、良好な炭酸ガス吸収性を有する炭酸ガス吸収材、並びに炭酸ガス(CO)吸収性が高く、大気等の炭酸ガス含有雰囲気中での炭酸ガスの吸収放出が行なえる炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and is capable of absorbing and releasing carbon dioxide (CO 2 ) in a carbon dioxide-containing atmosphere such as the atmosphere, and has a good carbon dioxide absorbability. Another object of the present invention is to provide a carbon dioxide absorption / release method and an absorption / release device that has high carbon dioxide (CO 2 ) absorption and can absorb and release carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide such as the atmosphere. The goal is to achieve this.

前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。即ち、本発明は、
<1> LiCuOを含む炭酸ガス吸収材である。
前記<1>に記載の炭酸ガス吸収材によれば、炭酸ガスの吸収量、吸収効率が高く、大気などの炭酸ガスを含む雰囲気で炭酸ガスの吸収・放出が行なえる。また、吸収反応は発熱反応であるため、吸収初期に熱を与えた後は省熱エネルギー下で炭酸ガスの吸収が行なえる。
Specific means for achieving the above object are as follows. That is, the present invention
<1> A carbon dioxide absorbent containing Li 2 CuO 2 .
According to the carbon dioxide absorbing material described in the above <1>, the amount of carbon dioxide absorbed and the absorption efficiency are high, and carbon dioxide can be absorbed and released in an atmosphere containing carbon dioxide such as the atmosphere. Further, since the absorption reaction is an exothermic reaction, carbon dioxide gas can be absorbed under heat-saving energy after heat is applied in the initial stage of absorption.

<2> 前記LiCuOは、LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合して得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱した後、降温速度3.5℃/秒以上で冷却して得られたことを特徴とする前記<1>に記載の炭酸ガス吸収材である。 <2> the Li 2 CuO 2 was heated Li 2 O, Li 2 CO 3, and at least one a mixture obtained by mixing a copper oxide selected from LiOH in a temperature range of from 655 to 965 ° C. Thereafter, the carbon dioxide absorbent material according to <1>, which is obtained by cooling at a temperature lowering rate of 3.5 ° C./second or more.

前記<2>に記載の炭酸ガス吸収材によれば、655〜965℃で反応させて3.5℃/秒以上の降温速度で急冷することで、炭酸ガス吸収材は不純物の少ないLiCuOで構成される。これより、炭酸ガスの吸収量を高められる。 According to the carbon dioxide absorbent described in the above <2>, the carbon dioxide absorbent is made of Li 2 CuO with less impurities by reacting at 655 to 965 ° C. and quenching at a temperature lowering rate of 3.5 ° C./second or more. It consists of two . Thus, the amount of carbon dioxide absorbed can be increased.

<3> 前記温度領域が680〜700℃であって、前記降温速度が4.0℃/秒以上であることを特徴とする前記<2>に記載の炭酸ガス吸収材である。
<4> 前記LiCuOは、単一相又は単一結晶であることを特徴とする前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の炭酸ガス吸収材である。
<3> The carbon dioxide absorbent according to <2>, wherein the temperature region is 680 to 700 ° C., and the temperature lowering rate is 4.0 ° C./second or more.
<4> The carbon dioxide gas absorbent according to any one of <1> to <3>, wherein the Li 2 CuO 2 is a single phase or a single crystal.

前記<3>に記載の炭酸ガス吸収材によれば、反応温度及び冷却温度を更に680〜700℃、4.0℃/秒以上とすることで、単一相又は単一結晶のLiCuOが得られる。単一相又は単一結晶であることにより、従来のLiSiOより多いガス吸収量を確保でき、しかもLiCuOは従来のLiTiOのように水素ガス雰囲気中で操作する必要がない。 According to the carbon dioxide absorbent according to the above <3>, the reaction temperature and the cooling temperature are further set to 680 to 700 ° C. and 4.0 ° C./second or more, so that the single phase or single crystal Li 2 CuO is obtained. 2 is obtained. A single phase or a single crystal can ensure a larger gas absorption than conventional Li 4 SiO 4 , and Li 2 CuO 2 needs to be operated in a hydrogen gas atmosphere like conventional Li 4 TiO 4. There is no.

<5> LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合して得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱してLiCuOを合成する工程と、加熱後、前記LiCuOを3.5℃/秒以上の降温速度で冷却する工程と、を有する炭酸ガス吸収材の製造方法である。 <5> Li 2 CuO 2 is synthesized by heating a mixture obtained by mixing copper oxide with at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH in a temperature range of 655 to 965 ° C. And a step of cooling the Li 2 CuO 2 at a temperature lowering rate of 3.5 ° C./second or more after heating.

<6> 前記温度領域が680〜700℃であって、前記降温速度が4.0℃/秒以上であることを特徴とする前記<5>に記載の炭酸ガス吸収材の製造方法である。   <6> The method for producing a carbon dioxide absorbent according to <5>, wherein the temperature region is 680 to 700 ° C, and the temperature lowering rate is 4.0 ° C / second or more.

前記<5>に記載の炭酸ガス吸収材の製造方法によれば、655〜965℃で反応させて3.5℃/秒以上の降温速度で急冷することで、不純物が少なく、炭酸ガスの吸収量及び吸収効率の高いLiCuO(炭酸ガス吸収材)が得られる。
また、前記<6>に記載の炭酸ガス吸収材の製造方法によれば、単一相又は単一結晶のLiCuOが得られる。
According to the method for producing a carbon dioxide absorbent as described in <5> above, the reaction is carried out at 655 to 965 ° C. and quenched at a temperature lowering rate of 3.5 ° C./second or more, so that impurities are reduced and carbon dioxide is absorbed. Li 2 CuO 2 (carbon dioxide absorbent) having a high amount and absorption efficiency is obtained.
In addition, according to the method for producing a carbon dioxide absorbent as described in <6>, single phase or single crystal Li 2 CuO 2 is obtained.

<7> 炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを、前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の炭酸ガス吸収材を用いて吸収する炭酸ガス吸収工程と、炭酸ガスが吸収された前記炭酸ガス吸収材を加熱し、前記炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出させる炭酸ガス放出工程と、を有する炭酸ガスの吸収放出方法である。   <7> A carbon dioxide absorption step of absorbing carbon dioxide in a carbon dioxide containing gas using the carbon dioxide absorbent according to any one of <1> to <4>, and carbon dioxide is absorbed. A carbon dioxide gas releasing step of heating the carbon dioxide gas absorbing material and releasing the carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas absorbing material.

前記<7>に記載の炭酸ガスの吸収放出方法、及び下記<10>に記載の炭酸ガスの吸収放出装置によれば、炭酸ガスの吸収量、吸収効率の高いLiCuOを含む炭酸ガス吸収材を用いることで、大気などの炭酸ガスを含む雰囲気で炭酸ガスの吸収・放出が行なえる。また、吸収反応は発熱反応であるため、吸収初期に熱を与えた後は省熱エネルギー下で炭酸ガスの吸収が行なえる。また、LiCuOが単一相又は単一結晶であることにより、従来のLiSiOより多いガス吸収量が確保され、従来のLiTiOのように水素ガス雰囲気中での操作を必要とせず、大気中等で炭酸ガスの吸収、放出が行なえる。 According to the carbon dioxide absorption / release method according to <7> and the carbon dioxide absorption / release device according to <10> below, carbon dioxide containing Li 2 CuO 2 having high carbon dioxide absorption and high absorption efficiency By using an absorbent material, carbon dioxide can be absorbed and released in an atmosphere containing carbon dioxide such as air. Further, since the absorption reaction is an exothermic reaction, carbon dioxide gas can be absorbed under heat-saving energy after heat is applied in the initial stage of absorption. Further, since Li 2 CuO 2 is a single phase or a single crystal, a larger gas absorption amount than that of conventional Li 4 SiO 4 is ensured, and operation in a hydrogen gas atmosphere like conventional Li 4 TiO 4 is ensured. It is possible to absorb and release carbon dioxide gas in the atmosphere etc.

<8> 前記炭酸ガス吸収工程は、前記炭酸ガス吸収材を炭酸ガス含有雰囲気中で210〜875℃の温度領域にて加熱することを特徴とする前記<7>に記載の炭酸ガスの吸収放出方法である。
前記<8>に記載の炭酸ガスの吸収放出方法によれば、加熱に広範な温度範囲から選択でき、発熱反応を伴なう炭酸ガスの吸収は例えば500℃以下の比較的低温の加熱で行なえ、エネルギー消費も抑え得る。
<8> The carbon dioxide absorption step, wherein the carbon dioxide absorption material is heated in a temperature range of 210 to 875 ° C. in a carbon dioxide-containing atmosphere. Is the method.
According to the carbon dioxide absorption and desorption method described in <8> above, heating can be selected from a wide temperature range, and carbon dioxide absorption accompanied by an exothermic reaction can be performed by heating at a relatively low temperature of, for example, 500 ° C. or less. , Energy consumption can be reduced.

<9>前記炭酸ガス放出工程は、前記炭酸ガス吸収材を大気中で650〜900℃の温度領域にて加熱することを特徴とする前記<7>に記載の炭酸ガスの吸収放出方法である。   <9> The carbon dioxide gas releasing step is the carbon dioxide gas absorbing / releasing method according to <7>, wherein the carbon dioxide gas absorbing material is heated in a temperature range of 650 to 900 ° C. in the atmosphere. .

前記<9>に記載の炭酸ガスの吸収放出方法によれば、炭酸ガスを放出し易く、放出効率も良い。   According to the method for absorbing and releasing carbon dioxide described in the above <9>, the carbon dioxide gas is easily released and the release efficiency is good.

<10> 前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の炭酸ガス吸収材を有し、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収手段と、炭酸ガスが吸収された前記炭酸ガス吸収材を加熱し、前記炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出させる炭酸ガス放出手段と、を備えた炭酸ガスの吸収放出装置である。   <10> The carbon dioxide gas absorbing means according to any one of <1> to <4>, wherein the carbon dioxide gas absorbing means absorbs carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas, and the carbon dioxide gas is absorbed. And a carbon dioxide gas releasing means for heating the carbon dioxide gas absorbing material and releasing the carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas absorbing material.

<11> 前記炭酸ガス吸収手段は、更に、炭酸ガス含有ガスが流通し、前記炭酸ガス含有ガスと接するように流路内に前記炭酸ガス吸収材が配置された少なくとも2つのガス流通路、及び、前記少なくとも2つのガス流通路を、炭酸ガス含有ガスが供給され、供給された炭酸ガス含有ガスが流通する少なくとも1つのガス流通路と、炭酸ガス含有ガスの供給が停止されると共に前記炭酸ガス吸収材が加熱され、加熱により放出された炭酸ガスが流通する少なくとも1つのガス流通路と、に選択的に切り替える切替手段、を備えたことを特徴とする前記<10>に記載の炭酸ガスの吸収放出装置である。   <11> The carbon dioxide absorbing means further includes at least two gas flow passages in which the carbon dioxide containing gas is circulated, and the carbon dioxide absorbing material is disposed in the flow path so as to be in contact with the carbon dioxide containing gas, and The carbon dioxide-containing gas is supplied to the at least two gas flow passages, and the supply of the carbon dioxide-containing gas is stopped and the carbon dioxide gas is stopped. The carbon dioxide gas according to <10>, further comprising switching means for selectively switching to the at least one gas flow passage through which the absorbent material is heated and the carbon dioxide gas released by heating flows. Absorption and emission device.

前記<11>に記載の炭酸ガスの吸収放出装置によれば、炭酸ガスの吸収・放出が可能な領域として2つ以上のガス流通路を配置し、炭酸ガス吸収材の各々に吸収された炭酸ガス量等に応じてガス流通管ごとに吸収か放出かを切り替えるようにすることで、装置のガス貯蔵機能と外部へのガス供給機能とが高められるので、炭酸ガスの吸収及び/又は放出する際に、炭酸ガスを多量にあるいは連続的に吸収・固定化(貯蔵)又は外部供給(排出)することができる。   According to the carbon dioxide absorption / release apparatus of <11>, two or more gas flow passages are arranged as regions where carbon dioxide can be absorbed and released, and the carbon dioxide absorbed by each of the carbon dioxide absorbents. By switching between absorption and release for each gas distribution pipe according to the gas amount, etc., the gas storage function of the apparatus and the gas supply function to the outside are enhanced, so carbon dioxide is absorbed and / or released. In this case, carbon dioxide can be absorbed / fixed (stored) or externally supplied (discharged) in a large amount or continuously.

本発明によれば、大気等の炭酸ガス含有雰囲気中での炭酸ガス(CO)の吸収放出が可能であり、良好な炭酸ガス吸収性を有する炭酸ガス吸収材を提供することができる。
本発明によれば、炭酸ガス(CO)吸収性が高く、大気等の炭酸ガス含有雰囲気中での炭酸ガスの吸収放出が行なえる炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a carbon dioxide absorbent that can absorb and release carbon dioxide (CO 2 ) in a carbon dioxide-containing atmosphere such as the atmosphere and has good carbon dioxide absorbability.
According to the present invention, it is possible to provide a carbon dioxide absorption / release method and an absorption / release apparatus that have high carbon dioxide (CO 2 ) absorption and can absorb and release carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide such as the atmosphere. it can.

以下、本発明の炭酸ガス吸収材及びその製造方法、並びにこれを用いた炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置について詳細に説明する。   Hereinafter, the carbon dioxide absorbing material and the method for producing the same, and the carbon dioxide absorbing and releasing method and the absorbing and releasing apparatus using the same will be described in detail.

<炭酸ガス吸収材及びその製造方法>
本発明の炭酸ガス吸収材は、LiCuOで表される化合物(以下、「リチウムキュープレイト」ともいう。)を用いて構成されたものである。LiCuOは、大気中で合成することが可能であり、また、優れた炭酸ガス吸収能を有すると共に、大気などの炭酸ガスを含む雰囲気中で炭酸ガスを吸収、放出することが可能である。
<Carbon dioxide absorber and method for producing the same>
The carbon dioxide gas absorbent of the present invention is composed of a compound represented by Li 2 CuO 2 (hereinafter also referred to as “lithium cuprate”). Li 2 CuO 2 can be synthesized in the air, has an excellent carbon dioxide absorption capability, and can absorb and release carbon dioxide in an atmosphere containing carbon dioxide such as the air. is there.

炭酸ガスの吸収、放出について以下に具体的に示す。
リチウムキュープレイトは、下記反応式(1)に示すように、およそ900℃付近を境にその低温側において炭酸ガスと反応して酸化銅(CuO)及び炭酸リチウム(LiCO)となる。なお、Qは、発熱量を示す。この反応式(1)から、リチウムキュープレイトの炭酸ガス(CO)の最大吸収量の理論値は、40.22質量%である。リチウムキュープレイトは、従来のリチウムシリケートに比べ、炭酸ガス吸収能に優れる。
LiCuO + CO→ CuO + LiCO + Q ・・・(1)
また、炭酸ガス中において、炭酸ガスを吸収したリチウムキュープレイトは、900℃付近を境にその高温側において炭酸ガスを放出し、リチウムキュープレイトに戻る。大気中では、650℃を境に650℃以上の温度領域で炭酸ガスを放出し、リチウムキュープレイトに戻る。
The absorption and release of carbon dioxide will be specifically described below.
As shown in the following reaction formula (1), the lithium cuprate reacts with carbon dioxide on the low temperature side at about 900 ° C. to become copper oxide (CuO) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). Q indicates the amount of heat generated. From this reaction formula (1), the theoretical value of the maximum absorption amount of carbon dioxide (CO 2 ) of the lithium cuprate is 40.22% by mass. Lithium cuprates are superior in carbon dioxide absorption capacity compared to conventional lithium silicates.
Li 2 CuO 2 + CO 2 → CuO + Li 2 CO 3 + Q (1)
Further, in the carbon dioxide gas, the lithium cuprate that has absorbed the carbon dioxide gas releases the carbon dioxide gas on the high temperature side around 900 ° C. and returns to the lithium cuprate. In the atmosphere, carbon dioxide gas is released in a temperature region of 650 ° C. or higher with 650 ° C. as a boundary, and the lithium cuprate is returned.

炭酸ガス吸収材として用いるLiCuOは、CO吸収量を高める点で、炭酸ガス吸収材を構成する組織に占めるLiCuO相の体積率が90体積%以上の相状態である場合が好ましい。また、LiCuOは、上記の理論値に近いCO最大吸収量を確保する観点から、その組織が単一相もしくは略単相、又は単一結晶もしくは略単一結晶であることが好ましい。炭酸ガス吸収材を構成する組織に占めるLiCuO相が単一相もしくは略単相、又は単一結晶もしくは略単一結晶であることにより、理論値(40.22質量%)に近い吸収量が得られる。 Li 2 CuO 2 used as a carbon dioxide absorbing material is a phase state in which the volume ratio of the Li 2 CuO 2 phase in the structure constituting the carbon dioxide absorbing material is 90% by volume or more in terms of increasing the amount of CO 2 absorption. Is preferred. Further, Li 2 CuO 2 preferably has a single phase or a substantially single phase, or a single crystal or a substantially single crystal, from the viewpoint of securing the maximum CO 2 absorption amount close to the above theoretical value. . Absorption close to the theoretical value (40.22% by mass) due to the fact that the Li 2 CuO 2 phase occupying the structure constituting the carbon dioxide absorbent is a single phase or a substantially single phase, or a single crystal or a substantially single crystal. A quantity is obtained.

単一相とは、炭酸ガス吸収材を構成する組織に占めるLiCuO相の体積率が99体積%以上である相状態をいう。また、単一結晶とは、炭酸ガス吸収材を構成する組織に占めるLiCuO相の体積率が99体積%以上であって1つの結晶粒からなる状態をいう。そして、数個の粗大結晶粒からなる場合が略単一結晶である。 The single phase refers to a phase state in which the volume ratio of the Li 2 CuO 2 phase occupying the structure constituting the carbon dioxide absorbent is 99% by volume or more. The single crystal refers to a state in which the volume ratio of the Li 2 CuO 2 phase in the structure constituting the carbon dioxide absorbing material is 99% by volume or more and is composed of one crystal grain. And the case where it consists of several coarse crystal grains is a substantially single crystal.

LiCuOの合成は、例えば下記反応式(2)に示すように、LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合して混合物を得る工程(以下、「混合物調製工程」ということがある。)と、得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱する工程(以下、「加熱工程」ということがある。)と、加熱後に降温速度3.5℃/秒以上で冷却する工程(以下、「冷却工程」ということがある。)とを設けた方法により好適に行なうことができる。
LiCO(s) + CuO (s) → LiCuO(s) + CO(g) ・・・(2)
The synthesis of Li 2 CuO 2 is, for example, a step of obtaining a mixture by mixing at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH with copper oxide as shown in the following reaction formula (2) ( Hereinafter, it may be referred to as “mixture preparation step”), a step of heating the obtained mixture in a temperature range of 655 to 965 ° C. (hereinafter also referred to as “heating step”), and a temperature lowering rate after heating. It can be suitably performed by a method provided with a step of cooling at 3.5 ° C./second or more (hereinafter sometimes referred to as “cooling step”).
Li 2 CO 3 (s) + CuO (s) → Li 2 CuO 2 (s) + CO 2 (g) (2)

前記混合物調製工程では、LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅(CuO)とを混合して混合物を得る。混合物は、例えば混合して粉末状の混合粉として得ることができる。 In the mixture preparation step, at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH and copper oxide (CuO) are mixed to obtain a mixture. The mixture can be obtained, for example, by mixing to obtain a powdered mixed powder.

LiO、LiCO、及びLiOHの中では、大気中での合成が可能である点で、LiCOが好ましい。 Among Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH, Li 2 CO 3 is preferable because it can be synthesized in the atmosphere.

LiO、LiCO、又はLiOHの粉末を混合又は混合後に粉末状にする場合、これらの平均粒径は、0.1〜10μmの範囲が好ましく、0.3〜1.0μmの範囲がより好ましい。これらの平均粒径が10μm以下であると、より効率良く反応するという点で有利である。なお、平均粒径が10μmを超えると、LiCuOの生成量の低下を招きやすい。 When the powder of Li 2 O, Li 2 CO 3 , or LiOH is mixed or powdered after mixing, the average particle diameter is preferably in the range of 0.1 to 10 μm, and in the range of 0.3 to 1.0 μm. Is more preferable. When the average particle size is 10 μm or less, it is advantageous in that it reacts more efficiently. Incidentally, the average particle diameter exceeds 10 [mu] m, tends to cause a decrease in the amount of Li 2 CuO 2.

また、酸化銅(CuO)の粉末を混合又は混合後に粉末状にする場合、CuOの平均粒径は、0.1〜10μmの範囲が好ましく、0.3〜1.0μmの範囲がより好ましい。これらの平均粒径が10μm以下であると、より効率良く反応するという点で有利である。なお、平均粒径が10μmを超えると、LiCuOの生成量の低下を招きやすい。 Moreover, when making powder form after mixing or mixing copper oxide (CuO) powder, the average particle diameter of CuO has the preferable range of 0.1-10 micrometers, and the range of 0.3-1.0 micrometer is more preferable. When the average particle size is 10 μm or less, it is advantageous in that it reacts more efficiently. In addition, average particle diameter exceeds 10 [mu] m, tends to cause a decrease in the amount of Li 2 CuO 2.

なお、上記の平均粒径は、電子顕微鏡(JEOL(株)製)を用いて測定されるものである。   In addition, said average particle diameter is measured using an electron microscope (made by JEOL Co., Ltd.).

LiO、LiCO、及びLiOHの少なくとも1種(x)とCuO(y)との混合比(x/y;モル比)としては、LiCuOの生成量の点から、LiO、LiCOでは1:1〜2:1、LiOHでは2:1〜4:1が好ましく、より好ましくはLiO、LiCOでは1:1〜1.5:1、LiOHでは2:1〜3:1である。 As a mixing ratio (x / y; molar ratio) of at least one of Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH (x) and CuO (y), Li 2 CuO 2 is produced in terms of the amount of production. in 2 O, Li 2 CO 3 1 : 1~2: 1, LiOH in 2: 1 to 4: 1 are preferred, the more preferred Li 2 O, Li 2 CO 3 1: 1~1.5: 1, In LiOH, it is 2: 1 to 3: 1.

前記加熱工程では、前記混合物調製工程で得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱する。混合物を加熱することにより、LiCuOが得られる。前記温度領域は、655℃未満であると温度が低すぎてLiCuOが生成しないあるいは不要な相(不純物)が多く所望のCO吸収能が得られず、965℃を超えると炭酸ガス吸収量が低下する。加熱は、従来公知の方法を利用することができる。 In the heating step, the mixture obtained in the mixture preparation step is heated in a temperature range of 655 to 965 ° C. Li 2 CuO 2 is obtained by heating the mixture. If the temperature range is less than 655 ° C., the temperature is too low and Li 2 CuO 2 is not generated, or there are many unnecessary phases (impurities), and a desired CO 2 absorption capacity cannot be obtained. Absorption decreases. For the heating, a conventionally known method can be used.

加熱時の雰囲気は、水素雰囲気や不活性雰囲気を選択する必要はなく、例えば、炭酸ガス中、あるいは大気などの炭酸ガス含有ガス中などにおいて行なうことができる。   The atmosphere during heating need not be a hydrogen atmosphere or an inert atmosphere, and can be performed, for example, in carbon dioxide gas or a carbon dioxide-containing gas such as air.

前記加熱温度としては、理論値により近いCO吸収量、換言すれば単一相又は単一結晶が得られる観点から、680〜700℃の範囲が好ましい。
加熱時間は、混合物の量や混合比率等、加熱温度などで変動するが、1〜10時間が好ましい。
特には、単一相又は単一結晶を得る点で、温度680〜700℃で2〜6時間加熱する態様が好ましい。
The heating temperature is preferably in the range of 680 to 700 ° C. from the viewpoint of obtaining a CO 2 absorption amount closer to the theoretical value, in other words, a single phase or a single crystal.
The heating time varies depending on the heating temperature, such as the amount of the mixture and the mixing ratio, but is preferably 1 to 10 hours.
In particular, the aspect of heating at a temperature of 680 to 700 ° C. for 2 to 6 hours is preferable in terms of obtaining a single phase or a single crystal.

また、加熱時の昇温速度については、特に制限されるものではないが、混合物の融解を防ぐという観点からは、1〜10℃/分の範囲が好ましく、更には1〜3℃/分の範囲が好ましい。   Further, the rate of temperature increase during heating is not particularly limited, but from the viewpoint of preventing melting of the mixture, a range of 1 to 10 ° C / min is preferable, and further 1 to 3 ° C / min. A range is preferred.

前記冷却工程では、前記加熱工程での加熱後、加熱して得られたLiCuOを3.5℃/秒以上の降温速度にて冷却する。加熱終了後は3.5℃/秒以上の比較的速い速度で温度を下げて冷却することにより、略単一相ないし単一相又は略単一結晶ないし単一結晶からなるLiCuO相が得られる。 In the cooling step, after heating in the heating step, Li 2 CuO 2 obtained by heating is cooled at a temperature decrease rate of 3.5 ° C./second or more. After completion of the heating, the Li 2 CuO 2 phase consisting of a substantially single phase to a single phase or a substantially single crystal to a single crystal is cooled by lowering the temperature at a relatively fast rate of 3.5 ° C./second or more. Is obtained.

降温速度としては、理論値により近いCO吸収量、換言すれば単一相又は単一結晶が得られる観点から、4.0℃/秒以上の範囲が好ましい。特に好ましくは、前記温度領域が680〜700℃である場合に、降温速度を4.0℃/秒以上とする。 The temperature decreasing rate is preferably in the range of 4.0 ° C./second or more from the viewpoint of obtaining a CO 2 absorption amount closer to the theoretical value, in other words, a single phase or a single crystal. Particularly preferably, when the temperature region is 680 to 700 ° C., the temperature decreasing rate is 4.0 ° C./second or more.

本発明においては、加熱工程での加熱終了後に、3.5℃/秒(好ましくは4.0℃/秒)以上で降温される時間帯が存在すればよいが、単一相又は単一結晶を生成する観点から、加熱終了後に3.5℃/秒(好ましくは4.0℃/秒)以上の降温速度で25℃(常温)まで降温することが好ましい。   In the present invention, after heating in the heating step, there may be a time zone in which the temperature is lowered at 3.5 ° C./second (preferably 4.0 ° C./second) or more. From the viewpoint of generating the temperature, it is preferable to lower the temperature to 25 ° C. (normal temperature) at a temperature lowering rate of 3.5 ° C./second (preferably 4.0 ° C./second) after the heating.

本発明における加熱工程及び冷却工程は、例えば、図1に示す加熱炉20を用いて行なうことができる。図1は、加熱炉で加熱、急冷を行なってLiCuOを得る態様の一例を説明するための概略図である。 The heating step and the cooling step in the present invention can be performed using, for example, a heating furnace 20 shown in FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a mode in which Li 2 CuO 2 is obtained by heating and quenching in a heating furnace.

加熱炉には、電気炉を用いることができる。図1に示す加熱炉20は、電気炉であり、反応管22の外側から加熱し、反応管22内に導入された試料21を加熱すると共に、加熱後は試料21を移動させることにより急冷できる構成になっている。このような加熱炉での加熱、急冷は、例えば東海高熱工業株式会社製のエレマ電気炉を使用して行なえる。   An electric furnace can be used as the heating furnace. The heating furnace 20 shown in FIG. 1 is an electric furnace, and can be rapidly cooled by heating the sample 21 introduced into the reaction tube 22 from the outside of the reaction tube 22 and moving the sample 21 after the heating. It is configured. Heating and rapid cooling in such a heating furnace can be performed by using, for example, an Elema electric furnace manufactured by Tokai Koetsu Kogyo Co., Ltd.

図1に示す加熱炉は、LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合した混合物(例えば混合粉末)が試料21として導入され、加熱によりLiCuOを合成するための反応管22が備えられている。反応管内の試料21は、手動で又は図示しない移動機構により管内を矢印方向に移動できるようになっている。
例えば、混合粉末を調製した後、この混合粉末を反応管22の中央部(電気炉の中心部)に置き、例えば700℃の高温で加熱する。加熱により混合物からLiCuOが得られる。好ましい加熱温度及び時間等の加熱条件については既述の通りである。次いで、電気炉中心部にある試料21を50cm/秒で電気炉の外側(図1中の矢印方向)に移動させることにより急冷(降温速度≧3.5℃/秒)する。この操作の際、急冷速度φ[℃/秒]は、炉の中心部にある試料21を中心部から管開口方向に移動させる距離[cm]により選択できる。例えば、図1においては、中心部から50cm移動させた場合、φ=5.4℃/秒であり、25cm移動させた場合はφ=3.7℃/秒である。また、高温に加熱された試料21を電気炉の中心部から移動させる距離[cm]が所望により又は自動的に選択されることにより、急冷速度φ[℃/秒]を制御することが可能である。
なお、急冷の開始は、出発原料で異なってもよく、LiCuOの合成完了の合成温度から開始してもよいし、合成温度より低い温度から開始してもよい。
In the heating furnace shown in FIG. 1, a mixture (for example, mixed powder) in which at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH and copper oxide are mixed is introduced as a sample 21, and Li 2 CuO is heated. A reaction tube 22 for synthesizing 2 is provided. The sample 21 in the reaction tube can be moved in the direction of the arrow manually or by a moving mechanism (not shown).
For example, after preparing the mixed powder, this mixed powder is placed in the center of the reaction tube 22 (the center of the electric furnace) and heated at a high temperature of 700 ° C., for example. Li 2 CuO 2 is obtained from the mixture by heating. Preferred heating conditions such as heating temperature and time are as described above. Next, the sample 21 in the center of the electric furnace is rapidly cooled (temperature drop rate ≧ 3.5 ° C./second) by moving it outside the electric furnace (in the direction of the arrow in FIG. 1) at 50 cm / second. In this operation, the rapid cooling rate φ [° C./second] can be selected by the distance [cm] by which the sample 21 at the center of the furnace is moved from the center to the tube opening direction. For example, in FIG. 1, φ = 5.4 ° C./second when moved 50 cm from the center, and φ = 3.7 ° C./second when moved 25 cm. The rapid cooling rate φ [° C./second] can be controlled by selecting the distance [cm] for moving the sample 21 heated to a high temperature from the center of the electric furnace as desired or automatically. is there.
The start of quenching may be different depending on the starting material, and may be started from the synthesis temperature at the completion of the synthesis of Li 2 CuO 2 or may be started from a temperature lower than the synthesis temperature.

反応管22は、長さ100cm、内径φ25mmの耐熱性の管で構成されており、少なくとも655〜965℃の温度領域での加熱に耐えられる耐熱性を有している。この管としては、耐熱性で管構造のものであれば特に制限されるものではなく、例えば、耐熱ガラス管、金属管などを使用できる。また、管の長さ及び管内径は、導入される試料量、試料の移動距離と降温速度との関係など、種々の条件に合わせて選択することができる。   The reaction tube 22 is composed of a heat-resistant tube having a length of 100 cm and an inner diameter of 25 mm, and has heat resistance capable of withstanding heating in a temperature range of at least 655 to 965 ° C. The tube is not particularly limited as long as it is heat resistant and has a tube structure. For example, a heat resistant glass tube, a metal tube, or the like can be used. The length and inner diameter of the tube can be selected according to various conditions such as the amount of sample to be introduced, the relationship between the moving distance of the sample and the cooling rate.

以上のようにして得られたLiCuOは、再び粉砕した後に上記と同様に熱処理してLiCuOの粉末としてもよい。 The Li 2 CuO 2 obtained as described above may be pulverized again and then heat-treated in the same manner as described above to obtain Li 2 CuO 2 powder.

粉末として得られたLiCuOは、加圧成形することにより所望の成形体を得ることができる。例えば、多孔質構造を有する多孔質体に成形してもよい。粉末から多孔質体を成形する場合は、成形時の圧力損失を抑え、ある程度の強度を持たせる必要があることから、その多孔質構造の空隙率は30〜70%程度が好ましい。また、炭酸ガス吸収材としての形態は、用途等に応じて任意に選択すればよく、例えば、粉末や、ペレット、球体(例えば直径数mm程度)等の成形体が挙げられる。 Li 2 CuO 2 obtained as a powder can obtain a desired molded body by pressure molding. For example, you may shape | mold into the porous body which has a porous structure. In the case of molding a porous body from powder, it is necessary to suppress pressure loss at the time of molding and to give a certain degree of strength. Therefore, the porosity of the porous structure is preferably about 30 to 70%. Moreover, what is necessary is just to select arbitrarily the form as a carbon dioxide gas absorber according to a use etc., For example, molded objects, such as a powder, a pellet, and a spherical body (for example, about several millimeters in diameter) are mentioned.

本発明の炭酸ガス吸収材は、CO吸収量、CO吸収放出特性、大気中等での取扱い性など種々の特性を活かして様々な分野に適用することが可能である。具体的な例として、下記の1)〜4)に示す用途への適用が挙げられる。 Carbon dioxide gas absorbent of the present invention, CO 2 absorption, CO 2 absorption and release properties, can be applied to various fields by utilizing various properties such as handling properties at ambient moderate. Specific examples include application to the uses shown in the following 1) to 4).

1)発電所や製鉄所の溶鉱炉などから発生する炭酸ガスを吸収するのに有効である。
2)水素を燃焼した際の生成物は水(HO)であるため、近年ではメタン(CH)やプロパン(CHCHCH)等よりもクリーンな燃料として水素(H)が注目されている一方、水素自体の生成は下記反応式(a)及び(b)のようにメタンの水蒸気改質により広く行なわれている。
CH+HO→2H+CO ・・・(a)
CO+HO→H+CO ・・・(b)
これらの反応が起こる領域に本発明の炭酸ガス吸収材を配置すると、前記反応式(b)の反応で生成される炭酸ガス(CO)が炭酸ガス吸収材に吸収されてガス中からCOが減少し、反応式(b)の反応がより活発に進行し、ひいてはHの生成を速めるのに有効である。
1) It is effective for absorbing carbon dioxide generated from blast furnaces at power plants and steelworks.
2) Since the product when hydrogen is burned is water (H 2 O), hydrogen (H 2 ) is used as a cleaner fuel than methane (CH 4 ), propane (CH 3 CH 2 CH 3 ), etc. in recent years. However, the generation of hydrogen itself is widely performed by steam reforming of methane as shown in the following reaction formulas (a) and (b).
CH 4 + H 2 O → 2H 2 + CO (a)
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (b)
Placing the carbon dioxide gas absorbent of the present invention in a region where these reactions occur, Reaction Scheme (b) carbon dioxide produced by the reaction of (CO 2) and is absorbed by the carbon dioxide gas absorbent CO 2 from gas Is reduced, and the reaction of the reaction formula (b) proceeds more actively, which is effective in speeding up the production of H 2 .

3)炭酸ガスを不純物として含む混合ガスから炭酸ガスのみを除去し、混合ガスの純度を上げるのに有効である。
4)炭酸ガスは通常は質量の大きい(重い)金属製ボンベで運搬されるが、炭酸ガスを本発明の炭酸ガス吸収材に吸収させた状態(Li2CO3)にすると多量の炭酸ガスが吸収されるので、炭酸ガスの運搬手段の軽量化と安全性を高めるのに有効である。そして、運搬後には、加熱によりLiCOから炭酸ガスを容易に回収することができる。
3) It is effective for removing only carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide as an impurity and increasing the purity of the mixed gas.
4) Carbon dioxide is usually transported in a heavy (heavy) metal cylinder, but if carbon dioxide is absorbed in the carbon dioxide absorbent of the present invention (Li 2 CO 3 ), a large amount of carbon dioxide is Since it is absorbed, it is effective in reducing the weight and safety of the means for transporting carbon dioxide. Then, after transportation it can be easily recovered carbon dioxide from the Li 2 CO 3 by heating.

<炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置>
本発明の炭酸ガスの吸収放出方法は、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを、既述の本発明の炭酸ガス吸収材を用いて吸収する炭酸ガス吸収工程と、炭酸ガスが吸収された炭酸ガス吸収材を加熱し、炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出する炭酸ガス放出工程とを設けて構成されたものである。
<Method and apparatus for absorbing and releasing carbon dioxide>
The carbon dioxide absorption / release method of the present invention includes a carbon dioxide absorption step of absorbing carbon dioxide in a carbon dioxide-containing gas using the carbon dioxide absorbent of the present invention described above, and carbon dioxide in which carbon dioxide has been absorbed. A carbon dioxide gas releasing step for heating the absorbent material and releasing carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas absorbent material is provided.

本発明の炭酸ガスの吸収放出方法においては、既述のようにLiCuOを含む本発明の炭酸ガス吸収材を用いて構成されるので、従来のリチウムジルコネートやリチウムシリケートに比べ、高い炭酸ガス吸収能が得られると共に、熱が与えられたときには、大気などの炭酸ガスを含む雰囲気中において、前記反応式(1)の逆反応が進行し、LiCuOの分解等を招くことなく安定的にCOを取り出すことができる。このとき、LiCuOに戻って反復利用が可能である。 In the carbon dioxide absorption / release method of the present invention, as described above, it is configured using the carbon dioxide absorbent of the present invention containing Li 2 CuO 2 , which is higher than conventional lithium zirconate and lithium silicate. When carbon dioxide gas absorption capability is obtained and heat is applied, the reverse reaction of the reaction formula (1) proceeds in an atmosphere containing carbon dioxide gas such as the atmosphere, leading to decomposition of Li 2 CuO 2 and the like. without it can be stably taken out CO 2. At this time, returning to Li 2 CuO 2 can be used repeatedly.

前記炭酸ガス吸収工程は、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを、既述の本発明の炭酸ガス吸収材を用いて吸収する。本発明の炭酸ガス吸収材を構成するLiCuOの吸収反応(すなわち前記反応式(1)の右方向の反応)は、発熱反応であり、ガス吸収時の発熱量は下記表1に示すように従来の例えばリチウムシリケート(Li4SiO4)に比べて大きい(約2.4倍)ことから、吸収初期にガス吸収を促すために加熱した後は吸収反応時の発熱で自ら温度上昇して非加熱にできる点で、省熱エネルギー化したガス貯蔵が可能である。このとき、炭酸ガス吸収材の加熱は、炭酸ガスを効率的に反応させるという点で、炭酸ガス含有雰囲気中で210〜875℃の温度領域で行なうことが好ましく、より好ましくは600〜850℃である。
また、例えば図12に示すように、LiCuOは、600℃〜850℃付近で高い吸収効率が得られる。
The carbon dioxide absorption step absorbs carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas using the carbon dioxide absorbent of the present invention described above. The absorption reaction of Li 2 CuO 2 constituting the carbon dioxide absorbent of the present invention (that is, the reaction in the right direction of the reaction formula (1)) is an exothermic reaction, and the calorific value upon gas absorption is shown in Table 1 below. Thus, it is larger than conventional lithium silicate (Li 4 SiO 4 ) (about 2.4 times), so after heating to promote gas absorption at the beginning of absorption, the temperature rises by itself due to heat generated during the absorption reaction. This makes it possible to store gas with less heat and energy. At this time, the heating of the carbon dioxide absorbing material is preferably performed in a temperature range of 210 to 875 ° C., more preferably 600 to 850 ° C. in a carbon dioxide containing atmosphere in that carbon dioxide gas is reacted efficiently. is there.
For example, as shown in FIG. 12, Li 2 CuO 2 is high absorption efficiency can be obtained near 600 ° C. to 850 ° C..

Figure 2009291770
Figure 2009291770

なお、表1において、LiSiOの発熱量は、100%CO雰囲気の中で常温から5℃/分で700℃まで昇温したときの測定値である。LiCuOは、自己発熱が大きいことから、Solid State Ionic 46(1991)325-329 North-Holland及びThermochemical Data of Pure Substances Vol. II La-Zr Ihasan Barinを参照して算出した文献値である。 In Table 1, the calorific value of Li 4 SiO 4 is a measured value when the temperature is raised from normal temperature to 700 ° C. at 5 ° C./min in a 100% CO 2 atmosphere. Li 2 CuO 2 is a literature value calculated with reference to Solid State Ionic 46 (1991) 325-329 North-Holland and Thermochemical Data of Pure Substances Vol. II La-Zr Ihasan Barin because of its large self-heating. .

前記炭酸ガス放出工程は、炭酸ガスが吸収された炭酸ガス吸収材を加熱し、炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出する。LiCuOは、ガス吸収量は多いが水素雰囲気中での加熱が必要となるチタン酸系と異なる。 In the carbon dioxide gas releasing step, the carbon dioxide gas absorbing material in which the carbon dioxide gas is absorbed is heated to release the carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas absorbing material. Li 2 CuO 2 is different from a titanic acid type that has a large gas absorption amount but requires heating in a hydrogen atmosphere.

炭酸ガス放出工程での加熱温度としては、大気中での炭酸ガスの放出効率の点で、650〜900℃が好ましい。加熱温度は、特に900℃以下であると炭酸ガス吸収材の品質を保持する点で有利である。   The heating temperature in the carbon dioxide gas releasing step is preferably 650 to 900 ° C. in terms of carbon dioxide gas releasing efficiency in the atmosphere. A heating temperature of 900 ° C. or less is particularly advantageous in that the quality of the carbon dioxide absorbent is maintained.

LiCuOを含む炭酸ガス吸収材を用い、炭酸ガスを吸収して貯蔵し、加熱により炭酸ガスを放出するには、既述の本発明の炭酸ガス吸収材と該炭酸ガス吸収材を加熱する加熱手段を備えた装置により行なえる。好ましくは、既述の本発明の炭酸ガス吸収材を有し、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収手段と、炭酸ガスが吸収された炭酸ガス吸収材を加熱し、炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出する炭酸ガス放出手段とを備えた炭酸ガスの吸収放出装置(本発明の炭酸ガスの吸収放出装置)が用いられる。 Using a carbon dioxide gas absorbent containing li 2 CuO 2, and stored by absorbing carbon dioxide gas, to release carbon dioxide upon heating, heating a carbon dioxide absorbent and carbon dioxide gas absorbent of the invention described above This can be done by an apparatus equipped with heating means. Preferably, the carbon dioxide gas absorbing means of the present invention described above, the carbon dioxide absorbing means for absorbing carbon dioxide in the carbon dioxide containing gas, and the carbon dioxide absorbent having absorbed the carbon dioxide gas are heated to produce carbon dioxide. A carbon dioxide absorption / release device (a carbon dioxide absorption / release device of the present invention) provided with carbon dioxide release means for releasing carbon dioxide from the absorbent is used.

本発明の炭酸ガスの吸収放出装置は、既述のようにLiCuOを含む本発明の炭酸ガス吸収材を用いた構成を有するので、従来のリチウムジルコネートやリチウムシリケートに比べ、高い炭酸ガス吸収能が得られると共に、熱が与えられたときには、大気などの炭酸ガスを含む雰囲気中において、前記反応式(1)の逆反応が進行し、LiCuOの分解等を招くことなく安定的にCOを取り出すことができる。このとき、LiCuOに戻って反復利用が可能である。 Since the carbon dioxide absorption / release apparatus of the present invention has a configuration using the carbon dioxide absorbent of the present invention containing Li 2 CuO 2 as described above, it has a higher carbon dioxide compared to conventional lithium zirconate and lithium silicate. When gas absorption ability is obtained and heat is applied, the reverse reaction of the reaction formula (1) proceeds in an atmosphere containing carbon dioxide gas such as the atmosphere without causing decomposition of Li 2 CuO 2 or the like. CO 2 can be taken out stably. At this time, returning to Li 2 CuO 2 can be used repeatedly.

本発明の炭酸ガスの吸収放出装置の一実施形態を図2〜図3を参照して説明する。図2は、発電プラントの例である。   One embodiment of the carbon dioxide absorption / release apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an example of a power plant.

本実施形態の発電プラントは、図2に示すように、排出された炭酸ガス含有ガスが供給されるブロワー10と、内部にLiCuO(炭酸ガス吸収材)が充填された炭酸ガス貯蔵分離器12A、12Bとを備えている。 As shown in FIG. 2, the power plant according to the present embodiment has a blower 10 to which the discharged carbon dioxide-containing gas is supplied, and a carbon dioxide storage and separation in which Li 2 CuO 2 (carbon dioxide absorber) is filled. 12A and 12B.

排出された炭酸ガス含有ガスは、そのままブロワー10に導入される。ブロワー10に導入された炭酸ガス含有ガスは、図2に示すようにそのまま炭酸ガス貯蔵分離器12A又は12Bに導入できるようになっている。なお、炭酸ガス貯蔵分離器12A又は12Bでは、導入された炭酸ガス含有ガスの温度に応じて、図3に示すような熱媒流通管に熱媒体を流通させることにより、本発明のLiCuOを含む炭酸ガス吸収材の吸収効率を高める処理を行なうことができる。 The discharged carbon dioxide-containing gas is introduced into the blower 10 as it is. The carbon dioxide containing gas introduced into the blower 10 can be directly introduced into the carbon dioxide storage separator 12A or 12B as shown in FIG. In the carbon dioxide gas storage separator 12A or 12B, the Li 2 CuO of the present invention is circulated through the heat medium flow pipe as shown in FIG. 3 according to the temperature of the introduced carbon dioxide-containing gas. 2 to increase the absorption efficiency of the carbon dioxide-absorbing material.

炭酸ガス貯蔵分離器12A又は12Bでは、炭酸ガス含有ガスが導入されると、LiCuOが混合ガス中の炭酸ガス(CO)を吸収し、また、LiCuOが加熱されたときには、吸収された炭酸ガスが放出、分離することができる。 In the carbon dioxide storage separator 12A or 12B, when carbon dioxide containing gas is introduced, Li 2 CuO 2 absorbs carbon dioxide (CO 2 ) in the mixed gas, and when Li 2 CuO 2 is heated The absorbed carbon dioxide gas can be released and separated.

炭酸ガス貯蔵分離器12A及び12Bはいずれも、図3に示すように、器内に充填されたLiCuO15と、LiCuO15中に埋設されるように配された熱媒流通管(炭酸ガス放出手段)16とを備えており、熱媒流通管16内に熱媒体を流通することによりLiCuO15の加熱が可能なようになっている。この炭酸ガス貯蔵分離器では、炭酸ガス含有ガスが供給されたときには炭酸ガスを吸収し、混合ガスの供給が停止され、熱媒を流通して加熱されたときには、LiCuO15から炭酸ガスが放出されて炭酸ガス貯蔵分離器外に炭酸ガスを排出することができる。 As shown in FIG. 3, each of the carbon dioxide gas storage separators 12A and 12B has Li 2 CuO 2 15 filled in the vessel and a heat medium flow arranged so as to be embedded in the Li 2 CuO 2 15. A pipe (carbon dioxide gas releasing means) 16 is provided, and Li 2 CuO 2 15 can be heated by circulating a heat medium in the heat medium flow pipe 16. In this carbon dioxide storage / separator, when carbon dioxide containing gas is supplied, carbon dioxide is absorbed, supply of mixed gas is stopped, and when heated through a heating medium, carbon dioxide gas is discharged from Li 2 CuO 2 15. Is discharged, and carbon dioxide can be discharged out of the carbon dioxide storage separator.

炭酸ガス貯蔵分離器には、図3に示すようにLiCuO15が器内全体に充填されてもよいし、器内の一部にLiCuO15が充填された態様でもよい。また、同一器内に複数種の炭酸ガス吸収材が混在してもよい。 The carbon dioxide storage separator may be filled with Li 2 CuO 2 15 as shown in FIG. 3 or may be filled with Li 2 CuO 2 15 in a part of the vessel. Further, a plurality of types of carbon dioxide absorbents may be mixed in the same vessel.

LiCuO15は、粉末状のLiCuO材を加圧して多孔質状に成形したものであり、炭酸ガス貯蔵分離器に接続された流通管の一端から炭酸ガス含有ガスが導入されると炭酸ガス含有ガスは他端に向かってLiCuOの多孔質状の層中を通過し、ガス中の炭酸ガスが吸収される。 Li 2 CuO 2 15 is formed by pressing a powdered Li 2 CuO 2 material into a porous shape, and carbon dioxide containing gas is introduced from one end of a flow pipe connected to a carbon dioxide storage separator. Then, the carbon dioxide-containing gas passes through the porous layer of Li 2 CuO 2 toward the other end, and the carbon dioxide in the gas is absorbed.

粉末の炭酸ガス吸収材(ここではLiCuO)から多孔質体を得るためには,圧力損失を抑え、かつある程度の強度を持たせる必要があることから、その空隙率は20〜70%が好ましく、30〜70%がより好ましい。炭酸ガス吸収材の形態は、その炭酸ガス吸収材が使用される用途に応じて任意に選定されるべきであるが、例えば、粉末、ペレット、数mmのボール等が挙げられる。
このとき、混合ガスの導入速度は、100〜300ml/分の範囲が好ましい。
In order to obtain a porous body from a powdered carbon dioxide absorbent (here, Li 2 CuO 2 ), it is necessary to suppress pressure loss and to have a certain degree of strength, so the porosity is 20 to 70%. Is preferable, and 30 to 70% is more preferable. The form of the carbon dioxide absorbing material should be arbitrarily selected according to the application for which the carbon dioxide absorbing material is used, and examples thereof include powder, pellets, balls of several mm, and the like.
At this time, the introduction speed of the mixed gas is preferably in the range of 100 to 300 ml / min.

炭酸ガス貯蔵分離器12A(12B)の内部には、LiCuOを昇温するため、熱媒体(加熱されたオイルや水等の液体)を流通させるための熱媒流通管16が設けられており、連続的にあるいは必要に応じて熱媒体を流通し、LiCuOから炭酸ガスを放出可能な構成になっている。 Inside the carbon dioxide gas storage separator 12A (12B), a heating medium circulation pipe 16 is provided for circulating a heating medium (liquid such as heated oil or water) in order to raise the temperature of Li 2 CuO 2. The heat medium is circulated continuously or as necessary, and carbon dioxide gas can be released from Li 2 CuO 2 .

また、炭酸ガス吸収材(ここではLiCuO)を加熱する加熱手段としては、上記のような熱媒体の循環による熱交換に限らず、ヒータ等を用いて炭酸ガス吸収材を直接加熱により行なってもよい。 Further, the heating means for heating the carbon dioxide absorbent (here, Li 2 CuO 2 ) is not limited to heat exchange by circulating the heat medium as described above, but the carbon dioxide absorbent is directly heated by using a heater or the like. You may do it.

炭酸ガス吸収材(ここではLiCuO)の加熱は、炭酸ガス吸収材に吸収された炭酸ガスの放出が可能な温度が得られればよく、好ましくは大気中で650〜900℃の温度領域である。 The heating of the carbon dioxide absorbing material (here Li 2 CuO 2 ) is only required to obtain a temperature at which the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbing material can be released, and is preferably in the temperature range of 650 to 900 ° C. in the atmosphere. It is.

本実施形態では、炭酸ガス吸収手段として2つの炭酸ガス貯蔵分離器(ガス流通路)12A,12Bが設けられており、これら2つの炭酸ガス貯蔵分離器は、一方で炭酸ガスを吸収するときには他方では炭酸ガスを放出されるように相互に切り替え可能な構成になっている。具体的には、図2に示すように、炭酸ガス貯蔵分離器12A,12Bの各々の混合ガス供給側の配管に切替手段としてバルブV1,V2が取り付けられており、バルブV1,V2の開閉駆動によって炭酸ガス貯蔵分離器12A,12Bを炭酸ガス吸収側と炭酸ガス放出側とに切り替えられる。例えば、バルブV1を開状態とした場合には、バルブV2を閉状態にし、炭酸ガス貯蔵分離器12Aに炭酸ガスを供給して炭酸ガス貯蔵分離器12Aで炭酸ガスを吸収、貯蔵すると共に、炭酸ガス貯蔵分離器12BではLiCuOを加熱して炭酸ガスを放出する。また、逆にバルブV2を開状態とした場合には、バルブV1を閉状態にし、炭酸ガス貯蔵分離器12Bに炭酸ガスを供給して炭酸ガス貯蔵分離器12Bで炭酸ガスを吸収、貯蔵すると共に、炭酸ガス貯蔵分離器12AではLiCuOを加熱して炭酸ガスを放出する。 In the present embodiment, two carbon dioxide gas storage separators (gas flow passages) 12A and 12B are provided as carbon dioxide gas absorbing means. When these two carbon dioxide gas storage separators absorb carbon dioxide, Then, it is configured to be able to switch between each other so that carbon dioxide gas is released. Specifically, as shown in FIG. 2, valves V1 and V2 are attached as switching means to pipings on the mixed gas supply side of the carbon dioxide storage separators 12A and 12B, and the valves V1 and V2 are driven to open and close. Thus, the carbon dioxide storage separators 12A and 12B can be switched between the carbon dioxide absorption side and the carbon dioxide release side. For example, when the valve V1 is opened, the valve V2 is closed, carbon dioxide is supplied to the carbon dioxide storage separator 12A, and carbon dioxide is absorbed and stored by the carbon dioxide storage separator 12A. In the gas storage separator 12B, Li 2 CuO 2 is heated to release carbon dioxide. Conversely, when the valve V2 is opened, the valve V1 is closed, carbon dioxide is supplied to the carbon dioxide storage separator 12B, and carbon dioxide is absorbed and stored in the carbon dioxide storage separator 12B. In the carbon dioxide storage separator 12A, Li 2 CuO 2 is heated to release carbon dioxide.

このように、例えば炭酸ガス貯蔵分離器12Bの炭酸ガス含有ガス供給側の供給口を閉じておき、炭酸ガス貯蔵分離器12Aに炭酸ガス含有ガスが供給される構成にすると、供給された炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスは炭酸ガス貯蔵分離器12Aにおいて吸収固定化される。このとき、炭酸ガス貯蔵分離器12Aにおいて炭酸ガスの吸収が飽和状態に達したときには、炭酸ガス貯蔵分離器12Aへの炭酸ガス含有ガス供給側のガス供給口(不図示)を閉じ、炭酸ガス貯蔵分離器12Bの炭酸ガス含有ガス供給側のガス供給口(不図示)を開き、炭酸ガス貯蔵分離器12Bに供給された炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスは、炭酸ガス貯蔵分離器12Aの場合と同様に吸収固定化される。一方、炭酸ガスの吸収が飽和状態に達した炭酸ガス貯蔵分離器12Aでは、炭酸ガス吸収材に吸収固定化された炭酸ガスを放出するため、熱媒流通管16に温度650〜900℃の熱媒体を流通してLiCuOを加熱する。炭酸ガスの放出が終了した後は、必要に応じて炭酸ガス貯蔵分離器12Bでの炭酸ガスの吸収量をみながら、再び炭酸ガス含有ガスが炭酸ガス貯蔵分離器12Aに供給されるようにバルブV1を切り替え、炭酸ガス貯蔵分離器12Bでは、必要に応じて炭酸ガスの吸収が飽和状態に達しているか否かを判定しながら、炭酸ガス吸収材に吸収固定化された炭酸ガスを放出するため、炭酸ガス貯蔵分離器12Bに配されている熱媒流通管16に温度650〜900℃の熱媒体を流通してLiCuOを加熱する。この操作を繰り返し行なうことにより、連続的に炭酸ガスの吸収、排出(放出)を行なうことができる。また、多量の炭酸ガスを貯蔵したり、外部からの要求に応じた排出を任意に行なえる。 Thus, for example, when the supply port on the carbon dioxide containing gas supply side of the carbon dioxide storage separator 12B is closed and the carbon dioxide containing gas is supplied to the carbon dioxide storage separator 12A, the supplied carbon dioxide is supplied. Carbon dioxide in the contained gas is absorbed and fixed in the carbon dioxide storage separator 12A. At this time, when the absorption of carbon dioxide in the carbon dioxide storage separator 12A reaches a saturated state, the gas supply port (not shown) on the carbon dioxide containing gas supply side to the carbon dioxide storage separator 12A is closed to store the carbon dioxide. The gas supply port (not shown) on the carbon dioxide containing gas supply side of the separator 12B is opened, and the carbon dioxide in the carbon dioxide containing gas supplied to the carbon dioxide storage separator 12B is the same as in the case of the carbon dioxide storage separator 12A. It is similarly absorbed and immobilized. On the other hand, in the carbon dioxide gas storage / separator 12A in which the absorption of carbon dioxide gas reaches a saturated state, the carbon dioxide gas absorbed and fixed in the carbon dioxide absorbent is released, so that the heat medium flow pipe 16 is heated at a temperature of 650 to 900 ° C. Through the medium, Li 2 CuO 2 is heated. After the release of the carbon dioxide gas, the valve is set so that the carbon dioxide-containing gas is supplied to the carbon dioxide gas storage separator 12A again while checking the amount of carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide gas storage separator 12B as necessary. V1 is switched, and the carbon dioxide storage separator 12B releases carbon dioxide absorbed and fixed in the carbon dioxide absorbent while determining whether or not the absorption of carbon dioxide has reached saturation as necessary. The Li 2 CuO 2 is heated by circulating a heat medium having a temperature of 650 to 900 ° C. through the heat medium flow pipe 16 disposed in the carbon dioxide storage separator 12B. By repeating this operation, carbon dioxide can be absorbed and discharged (released) continuously. In addition, a large amount of carbon dioxide gas can be stored or discharged according to external demands.

炭酸ガスの吸収が飽和状態に達したか否かの判定は、例えば、炭酸ガス吸収後に炭酸ガス貯蔵分離器12A,12Bから排出されたガス中の炭酸ガス量を炭酸ガス検出センサで検出する方法、重量変化により測定する方法等により行なうことができる。   Determination of whether or not the absorption of carbon dioxide has reached a saturated state is, for example, a method of detecting the amount of carbon dioxide in the gas discharged from the carbon dioxide storage separators 12A and 12B after absorption of carbon dioxide with a carbon dioxide detection sensor It can be carried out by a method of measuring by weight change.

炭酸ガス吸収材に吸収された炭酸ガスを放出させるに際して、炭酸ガスが吸収された炭酸ガス貯蔵分離器12A内を650〜900℃の温度領域に保持されたときには、炭酸ガス吸収材(ここではLiCuO)は炭酸ガス放出後、既述のようにそのまま炭酸ガス貯蔵分離器12Aでのガス吸収を再開できる。 When releasing the carbon dioxide absorbed by the carbon dioxide absorbent, when the inside of the carbon dioxide storage / separator 12A in which the carbon dioxide is absorbed is held in a temperature range of 650 to 900 ° C., the carbon dioxide absorbent (here, Li 2 CuO 2 ) can resume gas absorption in the carbon dioxide storage / separator 12A as described above after the carbon dioxide is released.

炭酸ガス貯蔵分離器12A及び炭酸ガス貯蔵分離器12B中のLiCuOから放出された炭酸ガスは、図2中の破線矢印で示すように外部に送られて回収され、又は炭酸ガスを必要とする設備で利用される。 Carbon dioxide gas released from Li 2 CuO 2 in the carbon dioxide gas storage separator 12A and the carbon dioxide gas storage separator 12B is sent to the outside for recovery as shown by a broken line arrow in FIG. 2, or requires carbon dioxide gas It is used in the equipment.

上記では、本発明の炭酸ガスの吸収放出方法及び吸収放出装置の一例として、LiCuOを炭酸ガス吸収材として用いた発電プラントを中心に説明したが、炭酸ガスを吸収固定化した後に炭酸ガスを炭酸ガス吸収材から分離、放出するプロセスを利用する装置であればよく、これに限られるものではない。また、LiCuOの加熱を熱媒流通管に熱媒体を流通して行なう場合を中心に説明したが、これに限られるものではなく、LiCuOをヒータで直接加熱する等、650〜900℃に加熱可能な他の加熱手段を選択した場合も同様である。 In the above, as an example of the carbon dioxide absorption / release method and the absorption / release apparatus according to the present invention, the description has been made mainly on the power plant using Li 2 CuO 2 as the carbon dioxide absorbent. Any device may be used as long as it uses a process for separating and releasing the gas from the carbon dioxide absorbent, and the present invention is not limited to this. In addition, the case where the heating of Li 2 CuO 2 is performed by circulating the heat medium through the heat medium flow pipe has been mainly described, but the present invention is not limited to this, and 650 Li 2 CuO 2 is directly heated by a heater, etc. The same applies when another heating means capable of heating to ˜900 ° C. is selected.

また、上記では、炭酸ガス貯蔵分離器を2基配設した場合を中心に説明したが、3基以上併設することも可能である。   In the above description, the case where two carbon dioxide gas storage / separators are provided has been mainly described, but three or more carbon dioxide gas storage / separators can be provided.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.

平均粒径1.0μmの炭酸リチウム(Li2CO3)粉末と、平均粒径0.8μmの酸化銅(CuO)粉末とをモル比(Li2CO3:CuO)で1:1となるように秤量し、メノウ乳鉢にて1時間乾式混合した。得られた混合粉末を金箔に載せ、大気中で箱型電気炉により常温(25℃)から700℃までを昇温速度5℃/分にて昇温し、下記表2に示す各温度に達した後、その温度で20時間加熱処理した。加熱処理が終了した後、下記表2に示す降温速度[℃/秒]で冷却することにより、粉末状のLiCuO(試料No.1〜15)を得た。
そして、得られたLiCuO粉末の各々を用い、直径12mmの円筒体中に充填して加圧成形することにより、空隙率40%の成形体を作製した。
Lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) powder having an average particle diameter of 1.0 μm and copper oxide (CuO) powder having an average particle diameter of 0.8 μm are 1: 1 in a molar ratio (Li 2 CO 3 : CuO). And dry-mixed for 1 hour in an agate mortar. The obtained mixed powder was placed on a gold foil, heated in the air from room temperature (25 ° C.) to 700 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min with a box-type electric furnace, and reached each temperature shown in Table 2 below. Then, heat treatment was performed at that temperature for 20 hours. After the heat treatment was completed, powdered Li 2 CuO 2 (sample Nos. 1 to 15) was obtained by cooling at a temperature lowering rate [° C./second] shown in Table 2 below.
Each of the obtained Li 2 CuO 2 powders was filled into a cylinder having a diameter of 12 mm and subjected to pressure molding to produce a molded body having a porosity of 40%.

−1.LiCuO構造−
得られた粉末状のLiCuOの各々をX線回折法により結晶構造を解析した。解析には、XRD RINT2000型(理学電気(株)製)を用いた。解析結果を図4〜図11に示す。
なお、図4〜図6は、降温速度をそれぞれ3.7℃/秒、5.4℃/秒、1.0℃/秒に固定して比較したLiCuOのエックス線回折図である。また、図7〜図9は、加熱温度を655℃近傍(650℃、660℃、700℃)に固定して比較したLiCuOのエックス線回折図であり、図10〜図11は、加熱温度を965℃近傍(960℃、970℃)に固定して比較したLiCuOのエックス線回折図である。
-1. Li 2 CuO 2 structure
The crystal structure of each of the obtained powdery Li 2 CuO 2 was analyzed by X-ray diffraction. For the analysis, XRD RINT2000 type (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.) was used. The analysis results are shown in FIGS.
4 to 6 are X-ray diffractograms of Li 2 CuO 2 with the temperature drop rates fixed at 3.7 ° C./second, 5.4 ° C./second, and 1.0 ° C./second, respectively. 7 to 9 are X-ray diffraction diagrams of Li 2 CuO 2 with the heating temperature fixed at around 655 ° C. (650 ° C., 660 ° C., 700 ° C.), and FIGS. It is an X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 with the temperature fixed at around 965 ° C. (960 ° C., 970 ° C.) for comparison.

混合粉末を加熱してLiCuOを合成する際の加熱温度が655〜965℃の範囲内では、図4に示すように、降温速度が3.7℃/秒であると不純物の少ない相が得られ、降温速度を4.0℃/秒以上に上げると図5のように不純物がより減少し、更には加熱温度680〜700℃かつ4.0℃/秒以上とすることで単一相のLiCuOが得られた。一方、降温速度が遅くなると、図6のように加熱温度を上記同様に保っても不純物の少ない、更には単一相のLiCuOは得られなかった。 When the mixed powder is heated to synthesize Li 2 CuO 2 within a heating temperature range of 655 to 965 ° C., a phase with less impurities is obtained when the temperature decreasing rate is 3.7 ° C./second as shown in FIG. When the temperature drop rate is increased to 4.0 ° C./second or more, impurities are reduced as shown in FIG. 5, and further, the heating temperature is set to 680 to 700 ° C. and 4.0 ° C./second or more. The phase Li 2 CuO 2 was obtained. On the other hand, when the cooling rate is slow, less impurities be kept in the same manner as in the above heating temperature as shown in FIG. 6, more could not be obtained Li 2 CuO 2 of single phase.

また、加熱温度を655℃近傍としたときの相状態をみると、650℃では図7に示すように不純物(不要な相)が多いのに対し、660℃では図8に示すように不純物(不要な相)が減少し、更に700℃に上げることで、図9に示すように単一相に近づいた相状態が得られた。なお、加熱温度を700℃とした場合に、降温速度が4.0℃/秒以上になると単一相のLiCuOが得られた。 Further, looking at the phase state when the heating temperature is around 655 ° C., there are many impurities (unnecessary phases) as shown in FIG. 7 at 650 ° C., whereas impurities (unnecessary phases) at 660 ° C. as shown in FIG. Unnecessary phases) decreased and the temperature was further raised to 700 ° C., and a phase state approaching a single phase was obtained as shown in FIG. In addition, when the heating temperature was 700 ° C., single-phase Li 2 CuO 2 was obtained when the rate of temperature decrease was 4.0 ° C./second or more.

加熱温度を965℃近傍としたときの相状態をみると、970℃では図11に示すように不純物(不要な相)が多いのに対し、960℃では図10に示すように不純物(不要な相)を減少させることができた。   Looking at the phase state when the heating temperature is around 965 ° C., there are many impurities (unnecessary phases) as shown in FIG. 11 at 970 ° C., whereas impurities (unnecessary as shown in FIG. 10 at 960 ° C.). Phase).

−2.炭酸ガスの吸収量−
得られたLiCuO(炭酸ガス吸収材)を濃度100体積%の炭酸ガス雰囲気中に置き、常温(25℃)から1000℃までの間を5℃/分の昇温速度で温度上昇させたときのLiCuOの質量増減を、熱重量分析装置(MTS9600、真空理工(株)製)を用いて計測し、炭酸ガスの最大変化量(最大吸収量)を求めた。この最大変化量を、測定に用いた試料の質量で除算し、試料1gあたりの炭酸ガスの最大質量変化率[質量%]を算出した。結果は、下記表2及び図12〜図14に示す。
-2. Carbon dioxide absorption-
The obtained Li 2 CuO 2 (carbon dioxide absorbent) is placed in a carbon dioxide atmosphere having a concentration of 100% by volume, and the temperature is increased from room temperature (25 ° C.) to 1000 ° C. at a temperature increase rate of 5 ° C./min. The mass change of Li 2 CuO 2 was measured using a thermogravimetric analyzer (MTS9600, manufactured by Vacuum Riko Co., Ltd.), and the maximum change amount (maximum absorption amount) of carbon dioxide gas was obtained. This maximum change amount was divided by the mass of the sample used for measurement, and the maximum mass change rate [mass%] of carbon dioxide gas per 1 g of the sample was calculated. The results are shown in Table 2 below and FIGS.

Figure 2009291770
Figure 2009291770

本発明ではおよそ200〜900℃でCOを吸収し、前記表2に示すように、660℃以上の温度領域(好ましくは960℃以下)でCO吸収量が大きく、その吸収量としてほぼ理論値(40.2質量%)を達成できた。すなわち、本発明では、単一相又は単一結晶のLiCuOが得られた。なお、900℃以上では、図12〜図14のようにCOを放出することが分かった。また、吸収反応が発熱反応であるため、比較的低温である吸収初期に加熱した後は、吸収による発熱で自己昇温して熱エネルギーの消費を抑えた炭酸ガスの貯蔵が可能である。また、図15に示すように、LiCuOは、従来の例えばリチウムシリケート(LiSiO:最大吸収量36.7質量%)に比べ、CO吸収量を多く保てる温度領域が広く、実用上の取扱い性の点でも有利である。
これに対し、比較例では、CO吸収量が理論値を大きく下回っており、炭酸ガス吸収能は劣っていた。また、比較例のLiCuOは不純物が多く、単一相を得ることができなかった。
In the present invention, CO 2 is absorbed at about 200 to 900 ° C., and as shown in Table 2, the CO 2 absorption amount is large in a temperature range of 660 ° C. or higher (preferably 960 ° C. or lower). The value (40.2% by mass) was achieved. That is, in the present invention, single phase or single crystal Li 2 CuO 2 was obtained. It was found that CO 2 was released at 900 ° C. or higher as shown in FIGS. In addition, since the absorption reaction is an exothermic reaction, after heating in the initial stage of absorption at a relatively low temperature, it is possible to store carbon dioxide gas that suppresses the consumption of heat energy by self-heating due to heat generated by absorption. Further, as shown in FIG. 15, Li 2 CuO 2 has a wide temperature range capable of maintaining a large amount of CO 2 absorption compared to, for example, conventional lithium silicate (Li 4 SiO 4 : maximum absorption amount 36.7% by mass). This is also advantageous in terms of handling.
On the other hand, in the comparative example, the CO 2 absorption amount was significantly lower than the theoretical value, and the carbon dioxide absorption capacity was inferior. Further, Li 2 CuO 2 of the comparative example a large amount of impurities, it was not possible to obtain a single phase.

−3.炭酸ガスの放出性−
上記の試料No.7のLiCuOを用いた成形体を、濃度100体積%の炭酸ガス雰囲気中で吸収量40.2質量%に達するまでCOを完全に吸収させた後、このLiCuOを大気中で、熱重量分析装置(MTS9600、真空理工(株)製)を用いて常温(25℃)から1000℃まで昇温速度5℃/分で昇温し、このときの質量減少率[質量%]を熱重量分析装置にて計測した。計測結果を図16に示す。
-3. Carbon dioxide release
In the above sample No. The molded body using 7 Li 2 CuO 2 was completely absorbed with CO 2 in a carbon dioxide gas atmosphere having a concentration of 100% by volume until the absorption amount reached 40.2% by mass, and then this Li 2 CuO 2 was removed into the atmosphere. The temperature was increased from room temperature (25 ° C.) to 1000 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min using a thermogravimetric analyzer (MTS9600, manufactured by Vacuum Riko Co., Ltd.). ] Was measured with a thermogravimetric analyzer. The measurement results are shown in FIG.

図16に示すように、COを吸収した後のLiCuOは、大気中で650℃以上にてCOを放出した。質量減少率が理論質量減少率に達しているので、COが放出されてLiCuOが再生されたと考えられる。 As shown in FIG. 16, Li 2 CuO 2 after the absorption of CO 2 was released with CO 2 at 650 ° C. or higher in the atmosphere. Since the mass reduction rate has reached the theoretical mass reduction rate, it is considered that CO 2 was released and Li 2 CuO 2 was regenerated.

なお、本実施例では、LiCOを用いてLiCuOを合成した場合を中心に説明したが、LiO、LiOHを用いてLiCuOを合成した場合も同様である。 In the present embodiment has been described mainly a case of synthesizing the Li 2 CuO 2 with Li 2 CO 3, it is the same case of synthesizing the Li 2 CuO 2 by using Li 2 O, the LiOH.

本発明の炭酸ガス吸収材の製造方法における加熱工程及び冷却工程の実施に用いられる加熱炉の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the heating furnace used for implementation of the heating process and cooling process in the manufacturing method of the carbon dioxide absorber of this invention. 本発明の炭酸ガスの吸収放出装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the absorption / release apparatus of the carbon dioxide gas of this invention. 図2の吸収放出装置を構成する炭酸ガス貯蔵分離器の断面構造を拡大して示す拡大図である。It is an enlarged view which expands and shows the cross-section of the carbon dioxide storage separator which comprises the absorption-and-release apparatus of FIG. 降温速度3.7℃/秒で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a temperature decrease rate of 3.7 ° C./second. 降温速度5.4℃/秒で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is a X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 and the like synthesized at a cooling rate of 5.4 ° C. / sec. 降温速度1.0℃/秒で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a temperature drop rate of 1.0 ° C./second. 加熱温度650℃で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a heating temperature of 650 ° C. 加熱温度660℃で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction pattern of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a heating temperature of 660 ° C. 加熱温度700℃で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction diagram of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a heating temperature of 700 ° C. 加熱温度960℃で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction diagram of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a heating temperature of 960 ° C. 加熱温度970℃で合成したLiCuO等のエックス線回折図である。It is an X-ray diffraction diagram of Li 2 CuO 2 or the like synthesized at a heating temperature of 970 ° C. 降温速度5.4℃/秒、加熱温度700℃で合成したLiCuOの質量変化率を示すグラフである。Cooling rate 5.4 ° C. / sec is a graph showing the mass change ratio of the synthesized Li 2 CuO 2 at a heating temperature of 700 ° C.. 降温速度3.7℃/秒、加熱温度700℃で合成したLiCuOの質量変化率を示すグラフである。Temperature drop rate 3.7 ° C. / sec is a graph showing the mass change ratio of the synthesized Li 2 CuO 2 at a heating temperature of 700 ° C.. 降温速度1.0℃/秒、加熱温度700℃で合成したLiCuOの質量変化率を示すグラフである。Cooling rate 1.0 ° C. / sec is a graph showing the mass change ratio of the synthesized Li 2 CuO 2 at a heating temperature of 700 ° C.. LiCuOとLiSiOの質量変化率を比較して示すグラフである。Is a graph comparing the mass change ratio of Li 2 CuO 2 and Li 4 SiO 4. 実施例のNo.7のLiCuO成形体の質量減少率を示すグラフである。No. of an Example. 7 is a graph showing the mass reduction rate of Li 2 CuO 2 molded body.

符号の説明Explanation of symbols

12A,12B・・・炭酸ガス貯蔵分離器
15・・・LiCuO
16・・・熱媒流通管
20・・・加熱炉
21・・・試料(LiO、LiCuO、及びLiOHの少なくとも1種と酸化銅との混合物)
12A, 12B · · · carbon dioxide reservoir separator 15 ··· Li 2 CuO 2
16 ... heat medium flow pipe 20 ... heating furnace 21 ... sample (Li 2 O, Li 2 CuO 2, and a mixture of at least one copper oxide in LiOH)

Claims (11)

LiCuOを含む炭酸ガス吸収材。 Carbon dioxide absorbing material containing Li 2 CuO 2 . 前記LiCuOは、LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合して得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱した後、降温速度3.5℃/秒以上で冷却して得られたことを特徴とする請求項1に記載の炭酸ガス吸収材。 The Li 2 CuO 2 is a mixture obtained by mixing at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH and copper oxide in a temperature range of 655 to 965 ° C. The carbon dioxide absorbent according to claim 1, wherein the carbon dioxide absorbent is obtained by cooling at a rate of 3.5 ° C / second or more. 前記温度領域が680〜700℃であって、前記降温速度が4.0℃/秒以上であることを特徴とする請求項2に記載の炭酸ガス吸収材。   3. The carbon dioxide absorbent according to claim 2, wherein the temperature range is 680 to 700 ° C., and the rate of temperature decrease is 4.0 ° C./second or more. 前記LiCuOは、単一相又は単一結晶であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭酸ガス吸収材。 The carbon dioxide gas absorbent according to any one of claims 1 to 3, wherein the Li 2 CuO 2 is a single phase or a single crystal. LiO、LiCO、及びLiOHから選ばれる少なくとも1種と酸化銅とを混合して得られた混合物を655〜965℃の温度領域で加熱してLiCuOを合成する工程と、
加熱後、前記LiCuOを3.5℃/秒以上の降温速度で冷却する工程と、
を有する炭酸ガス吸収材の製造方法。
A step of synthesizing Li 2 CuO 2 by heating a mixture obtained by mixing at least one selected from Li 2 O, Li 2 CO 3 , and LiOH and copper oxide in a temperature range of 655 to 965 ° C .; ,
A step of cooling the Li 2 CuO 2 at a rate of temperature decrease of 3.5 ° C./second or more after heating;
The manufacturing method of the carbon dioxide gas absorption material which has this.
前記温度領域が680〜700℃であって、前記降温速度が4.0℃/秒以上であることを特徴とする請求項5に記載の炭酸ガス吸収材の製造方法。   The said temperature range is 680-700 degreeC, The said temperature-fall rate is 4.0 degreeC / sec or more, The manufacturing method of the carbon dioxide absorber of Claim 5 characterized by the above-mentioned. 炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の炭酸ガス吸収材を用いて吸収する炭酸ガス吸収工程と、
炭酸ガスが吸収された前記炭酸ガス吸収材を加熱し、前記炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出させる炭酸ガス放出工程と、
を有する炭酸ガスの吸収放出方法。
A carbon dioxide absorption step of absorbing carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas using the carbon dioxide absorbent according to any one of claims 1 to 4,
A carbon dioxide releasing step of heating the carbon dioxide absorbing material in which carbon dioxide is absorbed, and releasing carbon dioxide from the carbon dioxide absorbing material;
A method for absorbing and releasing carbon dioxide gas.
前記炭酸ガス吸収工程は、前記炭酸ガス吸収材を炭酸ガス含有雰囲気中で210〜875℃の温度領域にて加熱することを特徴とする請求項7に記載の炭酸ガスの吸収放出方法。   The carbon dioxide absorption step according to claim 7, wherein the carbon dioxide absorption step heats the carbon dioxide absorption material in a temperature range of 210 to 875 ° C in a carbon dioxide containing atmosphere. 前記炭酸ガス放出工程は、前記炭酸ガス吸収材を大気中で650〜900℃の温度領域にて加熱することを特徴とする請求項7に記載の炭酸ガスの吸収放出方法。   The method for absorbing and releasing carbon dioxide according to claim 7, wherein in the carbon dioxide releasing step, the carbon dioxide absorbing material is heated in a temperature range of 650 to 900 ° C in the atmosphere. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の炭酸ガス吸収材を有し、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガスを吸収する炭酸ガス吸収手段と、
炭酸ガスが吸収された前記炭酸ガス吸収材を加熱し、前記炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出させる炭酸ガス放出手段と、
を備えた炭酸ガスの吸収放出装置。
Carbon dioxide absorbing means for absorbing carbon dioxide in a carbon dioxide-containing gas, comprising the carbon dioxide absorbent according to any one of claims 1 to 4,
Carbon dioxide gas releasing means for heating the carbon dioxide gas absorbing material in which carbon dioxide gas has been absorbed and releasing carbon dioxide gas from the carbon dioxide gas absorbing material;
Carbon dioxide absorption / release device.
前記炭酸ガス吸収手段は、更に、
炭酸ガス含有ガスが流通し、前記炭酸ガス含有ガスと接するように流路内に前記炭酸ガス吸収材が配置された少なくとも2つのガス流通路、及び、
前記少なくとも2つのガス流通路を、炭酸ガス含有ガスが供給され、供給された炭酸ガス含有ガスが流通する少なくとも1つのガス流通路と、炭酸ガス含有ガスの供給が停止されると共に前記炭酸ガス吸収材が加熱され、加熱により放出された炭酸ガスが流通する少なくとも1つのガス流通路と、に選択的に切り替える切替手段、
を備えたことを特徴とする請求項10に記載の炭酸ガスの吸収放出装置。
The carbon dioxide absorbing means further includes
At least two gas flow passages in which the carbon dioxide gas-absorbing material is disposed in the flow path so that the carbon dioxide gas-containing gas flows and contacts the carbon dioxide gas-containing gas;
The carbon dioxide-containing gas is supplied to the at least two gas flow passages, and at least one gas flow passage through which the supplied carbon dioxide-containing gas circulates, and the supply of the carbon dioxide-containing gas is stopped and the carbon dioxide gas is absorbed. Switching means for selectively switching to at least one gas flow passage in which the material is heated and the carbon dioxide gas released by heating flows.
The carbon dioxide absorption / release apparatus according to claim 10, comprising:
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