JP2010184229A - Carbon dioxide adsorbent and carbon dioxide recovery apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素吸着材及びこれを用いた二酸化炭素回収装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide adsorbent and a carbon dioxide recovery device using the same.
温室効果ガスの排出による地球温暖化の問題が広く認識されてきている。温室効果ガスとしては、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4)、フロン類(CFCs)等が挙げられるが、排出量が多く、実質的に影響が大きいものは二酸化炭素であり、その排出量の削減が緊急の課題となっている。 The problem of global warming due to greenhouse gas emissions has been widely recognized. The greenhouse gas carbon dioxide (CO 2), methane (CH 4), but fluorocarbons (CFCs), and the like, emissions is large, having a large substantial impact is carbon dioxide, the discharge Reduction of volume is an urgent issue.
現在、二酸化炭素吸収液(特許文献1)による二酸化炭素の回収技術が利用され始めているが、二酸化炭素吸収液のメンテナンスにかかるコストが高い。 Currently, carbon dioxide recovery technology using a carbon dioxide absorbing liquid (Patent Document 1) has begun to be used, but the cost for maintenance of the carbon dioxide absorbing liquid is high.
そこで、メンテナンスにかかるコストが比較的低い、固体状の二酸化炭素吸着材の開発(特許文献2)も進められてきている。 Accordingly, development of a solid carbon dioxide adsorbent (Patent Document 2) that is relatively low in maintenance costs has been underway.
特許文献1には、CO2を含有する排ガスとCO2吸収液とを接触させてCO2を除去する吸収塔と、CO2を吸収したリッチ溶液を再生する再生塔と、前記再生塔でCO2が除去されたリーン溶液を吸収塔で再利用するCO2回収装置であって、前記吸収塔が、CO2吸収液で排ガス中のCO2を吸収するCO2回収部と、前記CO2回収部の上部側に設けられ、CO2を除去したガスを冷却すると共に、同伴するCO2吸収液を回収する水洗部と、前記水洗部で凝縮されたCO2吸収液を含む凝縮水を、前記水洗部の頂部から直接循環する循環ラインと、前記再生塔から前記吸収塔へ前記リーン溶液を供給するリーン溶液供給管に、前記CO2吸収液を含む凝縮水の余剰分を供給する余剰凝縮水供給ラインとを具備するCO2回収装置が開示されている。 Patent Document 1, an absorption tower by contacting the exhaust gas and the CO 2 absorbing solution containing CO 2 removing CO 2, and regeneration tower for reproducing rich solution that has absorbed CO 2, CO in the regenerator 2 is a CO 2 recovery system to recycle the lean solution which is removed in the absorption tower, the absorbing tower, and the CO 2 recovery unit that absorbs CO 2 in the exhaust gas in the CO 2 absorbing solution, the CO 2 recovery provided on the upper side of the section, to cool the gas to remove CO 2, and water washing unit for collecting the entrained CO 2 absorbing solution, the condensed water containing CO 2 absorbing liquid that has been condensed in the water-washing section, the Surplus condensate supplying an excess of condensed water containing the CO 2 absorbent to a circulation line that circulates directly from the top of the water washing section and a lean solution supply pipe that supplies the lean solution from the regeneration tower to the absorption tower CO 2 having a supply line Osamu apparatus is disclosed.
特許文献2には、CO2またはCO2含有ガスを約20〜100℃において遷移金属担持ゼオライトと接触させるCO2の吸着方法が開示されている。
また、特許文献3には、CO2と水分を含有する排ガスを、シランカップリング剤を化学結合させた支持体と接触せしめ、CO2と選択的に吸着させ、脱着する排ガスの処理方法が開示されている。
しかし、特許文献3の固体状二酸化炭素吸着材は、CO2と化学反応し、CO2の構造を大きく変えて化合物を生成するため、活性化エネルギーの障壁が存在し、脱離に要するエネルギーも大きくなる。
However, solid carbon dioxide adsorbing material of
特許文献4には、金属酸化物とCO2を接触反応させて金属炭酸塩を形成する二酸化炭素吸収工程と、金属炭酸塩を熱分解して二酸化炭素を分離する工程からなる二酸化炭素の分離方法及び装置が開示されている。しかし、この特許文献4では、CO2は金属酸化物と反応するために600℃程度の高い温度が必要であり、かつCO2を金属炭酸塩から脱離させるには、更に高い温度である900℃程度の温度が必要となり、吸収と再生にかかるエネルギーが非常に高くなる。 Patent Document 4 discloses a carbon dioxide absorption process comprising a carbon dioxide absorption process in which a metal oxide and CO 2 are contacted to form a metal carbonate, and a process in which the metal carbonate is thermally decomposed to separate carbon dioxide. And an apparatus are disclosed. However, in this Patent Document 4, CO 2 requires a high temperature of about 600 ° C. in order to react with the metal oxide, and in order to desorb CO 2 from the metal carbonate, the higher temperature is 900. A temperature of about ℃ is required, and the energy required for absorption and regeneration becomes very high.
本発明の目的は、従来の二酸化炭素吸着材よりも二酸化炭素の吸着能力が高い吸着材を提供するとともに、吸着能力の高い吸着材を利用して二酸化炭素回収装置の効率を向上することにある。 An object of the present invention is to provide an adsorbent having a higher carbon dioxide adsorption capacity than a conventional carbon dioxide adsorbent, and to improve the efficiency of a carbon dioxide recovery device using an adsorbent having a high adsorption capacity. .
本発明の二酸化炭素吸着材は、二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を吸着・分離するための二酸化炭素吸着材において、この二酸化炭素吸着材の担体がメソポーラスシリカで形成され、この担体にMg、Ca、Sr、Ba、Y及びLaの群から選択される少なくとも一種類の元素が担持されていることを特徴とする。 The carbon dioxide adsorbing material of the present invention is a carbon dioxide adsorbing material for adsorbing / separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, wherein the carbon dioxide adsorbing material carrier is formed of mesoporous silica, and Mg, It is characterized in that at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, Y and La is supported.
本発明によれば、従来の二酸化炭素吸着材よりも高い吸着能力を有する二酸化炭素吸着材を提供するとともに、吸着能力の高い吸着材を利用して二酸化炭素回収装置の効率を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while providing the carbon dioxide adsorbent which has higher adsorption capacity than the conventional carbon dioxide adsorbent, the efficiency of a carbon dioxide recovery apparatus can be improved using an adsorbent with high adsorption capacity. .
以下、本発明について詳細を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の二酸化炭素吸着材は、比表面積が大きいシリカ(SiO2)で形成された担体と、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Y(イットリウム)及びLa(ランタン)の群から選択される少なくとも一種類の元素である活性成分とを含むことを特徴とする。 The carbon dioxide adsorbent of the present invention comprises a carrier formed of silica (SiO 2 ) having a large specific surface area, Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), Y (yttrium) and And an active ingredient which is at least one element selected from the group of La (lanthanum).
本発明の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を吸着・分離するための二酸化炭素吸着材を設置した吸着部と、この吸着部で前記二酸化炭素吸着材に吸着させた二酸化炭素を、加熱により脱着・回収するための脱着部と、前記吸着部を通過して前記脱着部に流入するガスを加熱するためのガス加熱部とを含み、前記吸着部と前記脱着部との間で前記二酸化炭素吸着材を交換可能とし、前記二酸化炭素吸着材の担体がメソポーラスシリカで形成され、この担体にMg、Ca、Sr、Ba、Y及びLaの群から選択される少なくとも一種類の元素が担持されていることを特徴とする。 The carbon dioxide recovery apparatus of the present invention includes an adsorption part provided with a carbon dioxide adsorbent for adsorbing and separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and a carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent by the adsorption part. A desorption part for desorbing and recovering carbon by heating; and a gas heating part for heating a gas that passes through the adsorption part and flows into the desorption part, wherein the adsorption part and the desorption part The carbon dioxide adsorbent can be exchanged between them, and the carbon dioxide adsorbent carrier is formed of mesoporous silica. The carrier is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Y and La. An element is supported.
本発明の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を吸着・分離するための二酸化炭素吸着材を設置した吸着部と、この吸着部で前記二酸化炭素吸着材に吸着させた二酸化炭素を、減圧することにより脱着・回収するための脱着部と、前記吸着部に送る前記ガスの圧力を増加させるためのガス加圧部と、前記吸着部を通過した前記ガスの圧力を減少させるためのガス減圧部とを含み、前記吸着部と前記脱着部との間で前記二酸化炭素吸着材を交換可能とし、前記二酸化炭素吸着材の担体がメソポーラスシリカで形成され、この担体にMg、Ca、Sr、Ba、Y及びLaの群から選択される少なくとも一種類の元素が担持されていることを特徴とする。 The carbon dioxide recovery apparatus of the present invention includes an adsorption part provided with a carbon dioxide adsorbent for adsorbing and separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and a carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent by the adsorption part. Desorbing part for desorbing and collecting carbon by reducing the pressure, a gas pressurizing part for increasing the pressure of the gas sent to the adsorbing part, and reducing the pressure of the gas that has passed through the adsorbing part A gas decompression section for exchanging the carbon dioxide adsorbent between the adsorption section and the desorption section, and a carrier for the carbon dioxide adsorbent is formed of mesoporous silica. , Sr, Ba, Y, and La, at least one element selected from the group is supported.
本発明の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を吸着・分離するための二酸化炭素吸着材を設置した吸着部と、この吸着部で前記二酸化炭素吸着材に吸着させた二酸化炭素を、加熱することにより脱着・回収するための脱着部と、前記吸着部に送る前記ガスの圧力を増加させるためのガス加圧部と、前記吸着部を通過した前記ガスを加熱させるためのガス加熱部とを含み、前記吸着部と前記脱着部との間で前記二酸化炭素吸着材を交換可能とし、前記二酸化炭素吸着材の担体がメソポーラスシリカで形成され、この担体にMg、Ca、Sr、Ba、Y及びLaの群から選択される少なくとも一種類の元素が担持されていることを特徴とする。 The carbon dioxide recovery device of the present invention comprises an adsorption part provided with a carbon dioxide adsorbent for adsorbing and separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and a carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent by the adsorption part. A desorption unit for desorbing and collecting carbon by heating, a gas pressurization unit for increasing the pressure of the gas sent to the adsorption unit, and heating the gas that has passed through the adsorption unit A gas heating part, and the carbon dioxide adsorbing material can be exchanged between the adsorbing part and the desorbing part, and a carrier of the carbon dioxide adsorbing material is formed of mesoporous silica, and Mg, Ca, Sr is formed on the carrier. At least one element selected from the group consisting of Ba, Y and La is supported.
本発明の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を含有するガスから二酸化炭素を吸着・分離するための二酸化炭素吸着材を設置した吸着部と、この吸着部で前記二酸化炭素吸着材に吸着させた二酸化炭素を、加熱することにより脱着・回収するための脱着部と、前記脱着部の前記二酸化炭素吸着材を加熱させるための吸着材加熱部とを含み、前記吸着部と前記脱着部との間で前記二酸化炭素吸着材を交換可能とし、前記二酸化炭素吸着材の担体がメソポーラスシリカで形成され、この担体にMg、Ca、Sr、Ba、Y及びLaの群から選択される少なくとも一種類の元素が担持されていることを特徴とする。 The carbon dioxide recovery apparatus of the present invention includes an adsorption part provided with a carbon dioxide adsorbent for adsorbing and separating carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide, and a carbon dioxide adsorbed on the carbon dioxide adsorbent by the adsorption part. A desorption part for desorbing and collecting carbon by heating, and an adsorbent heating part for heating the carbon dioxide adsorbent of the desorption part, between the adsorption part and the desorption part The carbon dioxide adsorbent can be exchanged, and the carrier of the carbon dioxide adsorbent is formed of mesoporous silica. At least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Y and La is formed on the carrier. It is supported.
本発明の二酸化炭素回収装置は、更に、前記吸着部に送る前記ガスの圧力を増加させるためのガス加圧部を含むことを特徴とする。 The carbon dioxide recovery device of the present invention further includes a gas pressurization unit for increasing the pressure of the gas sent to the adsorption unit.
本発明の二酸化炭素回収装置は、更に、前記吸着部の前記二酸化炭素吸着材の重量を検出するための第一の重量検出部と、前記脱着部の前記二酸化炭素吸着材の重量を検出するための第二の重量検出部と、前記第一の重量検出部及び前記第二の重量検出部で検出した値より二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着量を算出し、二酸化炭素吸着材の交換時期の制御を実施するための制御部とを含むことを特徴とする。 The carbon dioxide recovery device of the present invention further includes a first weight detection unit for detecting the weight of the carbon dioxide adsorbent in the adsorption unit and a weight of the carbon dioxide adsorbent in the desorption unit. The carbon dioxide adsorption amount of the carbon dioxide adsorbent is calculated from the values detected by the second weight detector, the first weight detector and the second weight detector, and the carbon dioxide adsorbent replacement time is calculated. And a control unit for carrying out the control.
本発明の二酸化炭素回収装置は、更に、前記脱着部から流出したガスの一部を前記脱着部に還流させるためのガス循環部を含むことを特徴とする。 The carbon dioxide recovery device of the present invention further includes a gas circulation unit for returning a part of the gas flowing out from the desorption unit to the desorption unit.
本発明の二酸化炭素回収装置は、前記吸着部及び前記脱着部がそれぞれ、複数段の二酸化炭素吸着材で構成され、前記複数段の二酸化炭素吸着材それぞれの重量を検出するための重量検出部を有し、前記重量検出部はそれぞれ、前記二酸化炭素吸着材の重量を検出し、前記制御部は、前記重量検出部で検出した値より二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着量を算出し、前記二酸化炭素吸着材の交換時期の制御を実施することを特徴とする。 In the carbon dioxide recovery device of the present invention, each of the adsorption unit and the desorption unit is composed of a plurality of stages of carbon dioxide adsorbents, and a weight detection unit for detecting the weight of each of the plurality of stages of carbon dioxide adsorbents. Each of the weight detectors detects a weight of the carbon dioxide adsorbent, and the controller calculates a carbon dioxide adsorption amount of the carbon dioxide adsorbent from a value detected by the weight detector, and It is characterized by controlling the replacement time of the carbon adsorbent.
二酸化炭素は、一般に、アルカリ金属やアルカリ土類金属と結合して塩を生成する。アルカリ金属としては、Na(ナトリウム)、K(カリウム)、Rb(ルビジウム)及びCs(セシウム)があり、アルカリ土類金属としては、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)及びBa(バリウム)がある。また、同様に大きなイオン半径を持つ第3族元素であるY(イットリウム)、La(ランタン)を、比表面積が大きいシリカに担持すれば、二酸化炭素吸着容量の大きな吸着材が得られる可能性がある。
Carbon dioxide generally combines with an alkali metal or alkaline earth metal to form a salt. Examples of the alkali metal include Na (sodium), K (potassium), Rb (rubidium), and Cs (cesium). Examples of the alkaline earth metal include Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba. (Barium). Similarly, if Y (yttrium) and La (lanthanum), which are
従来の二酸化炭素吸着材(特許文献3)及び本発明の二酸化炭素吸着材について、二酸化炭素の吸着能力を比較するために、第一原理計算により二酸化炭素吸着エネルギーを算出した。第一原理計算の手法は、表1に示す通りである。 In order to compare the carbon dioxide adsorption capacity of the conventional carbon dioxide adsorbent (Patent Document 3) and the carbon dioxide adsorbent of the present invention, the carbon dioxide adsorption energy was calculated by the first principle calculation. The first-principles calculation method is as shown in Table 1.
ただし、二酸化炭素吸着エネルギーの算出方法は下記式(1)によるものとし、吸着エネルギーの値が大きいほど二酸化炭素吸着時に安定になることを表している。 However, the calculation method of carbon dioxide adsorption energy shall be based on following formula (1), and it represents that it becomes so stable at the time of carbon dioxide adsorption that the value of adsorption energy is large.
(二酸化炭素吸着エネルギー)
=−〔(二酸化炭素吸着後のエネルギー)−{(二酸化炭素吸着前のエネルギー)+(二酸化炭素のエネルギー)}〕 (1)
(Carbon dioxide adsorption energy)
=-[(Energy after carbon dioxide adsorption)-{(energy before carbon dioxide adsorption) + (energy of carbon dioxide)}] (1)
(比較例1)
AMCSD(American Mineralogist Crystal Structure Database)より、Si(ケイ素)にO(酸素)が四配位しているシリカの構造を入手して担体とした。さらに、シリカの表面に水酸基(OH基)を導入し、第一原理計算による構造最適化計算を行い、比較例1の吸着材とした(図8a)。
(Comparative Example 1)
The structure of silica in which O (oxygen) is four-coordinated to Si (silicon) was obtained from AMCSD (American Mineralist Crystal Structure Database) and used as a support. Furthermore, a hydroxyl group (OH group) was introduced on the surface of the silica, and the structure optimization calculation was performed by the first principle calculation to obtain the adsorbent of Comparative Example 1 (FIG. 8a).
(比較例2)
比較例1の吸着材において、2つの水酸基の水素の代わりにエチルアミンを化学結合させた構造を作成し、構造最適化計算を行った。これを比較例2の吸着材とした(図9a)。
(Comparative Example 2)
In the adsorbent of Comparative Example 1, a structure in which ethylamine was chemically bonded instead of hydrogen of two hydroxyl groups was prepared, and structure optimization calculation was performed. This was used as the adsorbent of Comparative Example 2 (FIG. 9a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をNa原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例1の吸着材とした(図10a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Na atoms. This was used as the adsorbent of Example 1 (FIG. 10a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をK原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例2の吸着材とした(図11a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with K atoms. This was used as the adsorbent of Example 2 (FIG. 11a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をRb原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例3の吸着材とした(図12a)。 The structure optimization calculation was performed by substituting R atoms for H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1. This was used as the adsorbent of Example 3 (FIG. 12a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をCs原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例4の吸着材とした(図13a)。 The structure optimization calculation was performed by substituting H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Cs atoms. This was used as the adsorbent of Example 4 (FIG. 13a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をMg原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例5の吸着材とした(図14a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Mg atoms. This was used as the adsorbent of Example 5 (FIG. 14a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をCa原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例6の吸着材とした(図15a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Ca atoms. This was used as the adsorbent of Example 6 (FIG. 15a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をSr原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例7の吸着材とした(図16a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Sr atoms. This was used as the adsorbent of Example 7 (FIG. 16a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をBa原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例8の吸着材とした(図17a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Ba atoms. This was used as the adsorbent of Example 8 (FIG. 17a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をY原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例9の吸着材とした(図18a)。 The structure optimization calculation was performed by substituting H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with Y atoms. This was used as the adsorbent of Example 9 (FIG. 18a).
比較例1の吸着材における2つの水酸基のH原子をLa原子に置換し、構造最適化計算を行った。これを実施例10の吸着材とした(図19a)。 The structure optimization calculation was performed by replacing H atoms of two hydroxyl groups in the adsorbent of Comparative Example 1 with La atoms. This was used as the adsorbent of Example 10 (FIG. 19a).
上記の比較例1、2及び実施例1〜10の吸着材について、二酸化炭素が吸着した構造及びエネルギーを求めるため、表1に示す条件で第一原理計算による構造最適化を行った。 For the adsorbents of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 10, the structure optimization by the first principle calculation was performed under the conditions shown in Table 1 in order to obtain the structure and energy in which carbon dioxide was adsorbed.
各比較例及び各実施例の吸着材への二酸化炭素の吸着状態を示す模式図を図8b、9b、10b、11b、12b、13b、14b、15b、16b、17b、18b及び19bに示す。また、二酸化炭素吸着エネルギーを表2に示す。 FIGS. 8b, 9b, 10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b and 19b are schematic views showing the adsorption state of carbon dioxide on the adsorbents of each comparative example and each example. Further, Table 2 shows carbon dioxide adsorption energy.
図8bにおいて、二酸化炭素は、シリカと化学結合を形成せず、静電気的な力によって物理吸着している。このことから、シリカにおける二酸化炭素の吸着エネルギーは小さいことがわかる。 In FIG. 8b, carbon dioxide does not form a chemical bond with silica and is physically adsorbed by electrostatic force. This shows that the adsorption energy of carbon dioxide on silica is small.
また、図9bにおいて、二酸化炭素は、二つのアミンに挟まれるように吸着している。これは、−NH2+−NH2+CO2→−NHCO2 (−)+−NH3 (+)の反応により安定している状態を示している。 In FIG. 9b, carbon dioxide is adsorbed so as to be sandwiched between two amines. This shows a stable state due to the reaction of —NH 2 + —NH 2 + CO 2 → —NHCO 2 (−) + — NH 3 (+) .
本発明による実施例である金属担持シリカは、図10b、11b、12b、13b、14b、15b、16b、17b、18b及び19bに示すように、活性成分である金属原子(Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Y及びLa)の二つが二酸化炭素(CO2)の二つの酸素原子(O)と結合している吸着状態で安定している。 As shown in FIGS. 10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b and 19b, the metal-supported silica which is an example according to the present invention has metal atoms (Na, K, Rb, Two of Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, and La) are stable in an adsorption state in which they are bonded to two oxygen atoms (O) of carbon dioxide (CO 2 ).
表2に示す通り、アミンで修飾したシリカによる二酸化炭素吸着エネルギーと比べ、実施例5〜10では二酸化炭素吸着エネルギーが大きくなっており、二酸化炭素吸着能力が向上している。各吸着サイトの二酸化炭素吸着能力が高ければ、二酸化炭素吸着サイトへ二酸化炭素が吸着する確率は向上し、二酸化炭素吸着量は増加することは明らかである。二酸化炭素吸着材のシリカへの担持成分としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Laが挙げられる。 As shown in Table 2, compared with the carbon dioxide adsorption energy by the silica modified with amine, in Examples 5 to 10, the carbon dioxide adsorption energy is large, and the carbon dioxide adsorption ability is improved. It is clear that the higher the carbon dioxide adsorption capacity of each adsorption site, the higher the probability that carbon dioxide will be adsorbed to the carbon dioxide adsorption site, and the amount of carbon dioxide adsorption will increase. Examples of the component supported on the silica of the carbon dioxide adsorbent include Mg, Ca, Sr, Ba, Y, and La.
(水蒸気吸着エネルギー)
=−〔(水蒸気吸着後のエネルギー)−{(水蒸気吸着前のエネルギー)+(水蒸気のエネルギー)}〕 (2)
各比較例及び各実施例の吸着材への水蒸気吸着構造を図8c、9c、10c、11c、12c、13c、14c、15c、16c、17c、18c及び19cに、水蒸気吸着エネルギーを表3に示す。
(Water vapor adsorption energy)
=-[(Energy after water vapor adsorption)-{(Energy before water vapor adsorption) + (Water vapor energy)}] (2)
8c, 9c, 10c, 11c, 12c, 13c, 14c, 15c, 16c, 17c, 18c and 19c show the water vapor adsorption structure on the adsorbents of the comparative examples and examples, and Table 3 shows the water vapor adsorption energy. .
また、図20に各比較例及び各実施例の二酸化炭素吸着エネルギー及び水蒸気吸着エネルギーをグラフに表す。 FIG. 20 is a graph showing the carbon dioxide adsorption energy and water vapor adsorption energy of each comparative example and each example.
本図から、実施例5〜10においては、二酸化炭素吸着エネルギーが比較的高いことがわかる。 This figure shows that in Examples 5-10, the carbon dioxide adsorption energy is relatively high.
また、本図から、実施例5、6、7、8及び10においては、二酸化炭素吸着エネルギーより水蒸気吸着エネルギーが小さく、二酸化炭素を優先的に吸着することがわかる。実施例9においては、二酸化炭素吸着エネルギーに比べて水蒸気吸着エネルギーが高くなっている。 Moreover, from this figure, in Examples 5, 6, 7, 8 and 10, it can be seen that the water vapor adsorption energy is smaller than the carbon dioxide adsorption energy, and carbon dioxide is preferentially adsorbed. In Example 9, the water vapor adsorption energy is higher than the carbon dioxide adsorption energy.
このことから、二酸化炭素及び水蒸気を含有するガスから二酸化炭素の吸着分離による回収を促進するためには、このガスに含まれる水蒸気を除去した後、そのガスを吸着材と接触させて二酸化炭素を吸着させることが望ましい。このことは、実施例9において顕著である。 From this, in order to promote recovery by adsorption separation of carbon dioxide from a gas containing carbon dioxide and water vapor, after removing the water vapor contained in the gas, the gas is brought into contact with an adsorbent to remove carbon dioxide. Adsorption is desirable. This is remarkable in Example 9.
また、上記の実施例の二酸化炭素吸着材においては、二酸化炭素吸着エネルギーが大きいほど二酸化炭素の吸着量が大きいことが実験的に判明している。 Further, it has been experimentally found that the carbon dioxide adsorbing material of the above-described embodiment has a larger carbon dioxide adsorption amount as the carbon dioxide adsorption energy increases.
したがって、水蒸気耐性を有し、本発明に好適な二酸化炭素吸着材は、担体にMg、Ca、Sr、Ba及びLaを担持したものである。さらに、担体としては、メソポーラスシリカが望ましい。 Therefore, the carbon dioxide adsorbent having water vapor resistance and suitable for the present invention is one in which Mg, Ca, Sr, Ba, and La are supported on a carrier. Furthermore, mesoporous silica is desirable as the carrier.
ここで、担体として好適なメソポーラスシリカの物性について例を挙げて説明する。 Here, physical properties of mesoporous silica suitable as a carrier will be described with examples.
このメソポーラスシリカは、SILFAM−A(日本化学工業(株)製)であり、比表面積が977m2/g、細孔容積が1.02cm3/g、平均細孔径が4.2nm、平均粒子径(d50)が49μmである。平均細孔径付近に細孔径のピークを有する特殊な多孔体である。 This mesoporous silica is SILFAM-A (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), has a specific surface area of 977 m 2 / g, a pore volume of 1.02 cm 3 / g, an average pore diameter of 4.2 nm, and an average particle diameter. (D50) is 49 μm. It is a special porous body having a pore diameter peak in the vicinity of the average pore diameter.
このメソポーラスシリカを適用することにより、吸着材の内部へのガスの拡散を容易にするとともに、選択的に二酸化炭素を吸着し、且つ、二酸化炭素の吸着量が大きい吸着材を提供することができる。 By applying this mesoporous silica, it is possible to provide an adsorbent that facilitates gas diffusion into the adsorbent, selectively adsorbs carbon dioxide, and has a large amount of adsorbed carbon dioxide. .
実施例6と同様にCaを用いた材料である特許文献4の酸化カルシウム(CaO)を吸着材に用いた場合、二酸化炭素を吸収して生成する炭酸カルシウム(Ca(CO3)2)の二酸化炭素の脱離温度は900℃以上である。
Similarly to Example 6, when calcium oxide (CaO) of Patent Document 4 which is a material using Ca is used as an adsorbent, carbon dioxide (Ca (CO 3 ) 2 ) dioxide produced by absorbing carbon dioxide. The desorption temperature of carbon is 900 ° C. or higher.
実施例6、7及び8で作製した二酸化炭素吸着材について、一旦50℃で二酸化炭素を飽和吸着させた後、加熱して二酸化炭素が放出される温度を測定した。 The carbon dioxide adsorbents produced in Examples 6, 7 and 8 were once saturated with carbon dioxide at 50 ° C. and then heated to measure the temperature at which carbon dioxide was released.
図21は、二酸化炭素吸着材を加熱するとともに、放出された二酸化炭素の量の経時変化を測定するための熱分析装置を示す概略構成図である。 FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a thermal analyzer for heating a carbon dioxide adsorbent and measuring a change with time of the amount of released carbon dioxide.
この熱分析装置は、電気炉201、ヒータ203、反応管204、熱電対205、配管206、Heマスフローメータ207及びガスクロマトグラフィ208で構成されている。電気炉201の内部に反応管204を設置し、その周りをヒータ203で加熱することができるようになっている。吸着材202は、反応管204の中央部に設置し、吸着材202の近傍には熱電対205が挿入してあり、吸着材202の温度を測定することができるようになっている。
The thermal analysis apparatus includes an
本図においては、配管206により反応管204上部にヘリウム(He)ガスを供給し、吸着材202から放出された二酸化炭素をヘリウム(He)ガスとともに同伴してガスクロマトグラフィ208で検出することができるようになっている。
In this figure, helium (He) gas is supplied to the upper part of the
昇温速度は4℃/分とした。 The heating rate was 4 ° C./min.
表4に実施例6〜8及び比較例3の材料を用いた場合の二酸化炭素の脱離温度を示す。脱離温度は、二酸化炭素の放出速度が最大となった時の吸着材近傍の温度と定義した。 Table 4 shows carbon dioxide desorption temperatures when the materials of Examples 6 to 8 and Comparative Example 3 were used. The desorption temperature was defined as the temperature near the adsorbent when the carbon dioxide release rate reached its maximum.
本表から、比較例3に比べ、実施例6〜8では二酸化炭素の脱離温度が非常に低くなっていることがわかる。この結果から、金属を酸化物として用いずに、メソポーラスシリカへ担持することで、CO2の脱離温度を著しく低減することができることは明らかである。 From this table, it can be seen that the desorption temperature of carbon dioxide is very low in Examples 6 to 8 as compared with Comparative Example 3. From this result, it is clear that the desorption temperature of CO 2 can be significantly reduced by supporting the metal on mesoporous silica without using the metal as an oxide.
図1は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbents of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路1と、吸着部2と、流路4と、加熱装置5と、脱着部6と、流路8とを接続した構成であり、吸着部2には二酸化炭素吸着材3が、脱着部6には二酸化炭素吸着材7がそれぞれ封入されている。吸着部2の二酸化炭素吸着材3と脱着部6の二酸化炭素吸着材7とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。
In this figure, the carbon dioxide recovery device includes a flow channel 1 for introducing a gas containing carbon dioxide, an
吸着部2及び脱着部6をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材3及び二酸化炭素吸着材7を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材3及び二酸化炭素吸着材7が吸着部2及び脱着部6それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。この場合、二酸化炭素吸着材3及び二酸化炭素吸着材7の温度変化の速度を検知して、ロータの回転速度を変動又は停止させてもよい。
The adsorbing
流路1には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、吸着部2の二酸化炭素吸着材3に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路4及び加熱装置5を通って加熱され、脱着部6に導入される。脱着部6においては、吸着部2において二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材7を加熱されたガスにより加熱し、二酸化炭素を脱着・回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、流路8を通って二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路4には、バイパス流路21を設け、吸着部2において二酸化炭素を吸着・分離され、二酸化炭素濃度が低くなったガスの一部を大気に放出するようにしてもよい。ここで、加熱装置5は、ガス加熱部と呼んでもよい。
A gas whose temperature is sufficiently lowered is caused to flow through the flow path 1 to adsorb carbon dioxide to the carbon
本実施例の二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材7を急速に加熱することにより二酸化炭素を急速に脱着し、流路1から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路8の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、バイパス流路21を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスの流量を少なくすることができ、流路8の二酸化炭素濃度を更に高くすることができる。
In the carbon dioxide recovery device of the present embodiment, carbon dioxide is rapidly desorbed by rapidly heating the
また、流路1に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合、このガスに含まれる水蒸気を、二酸化炭素に比べて水蒸気を選択的に吸着(吸収)する吸着材(乾燥材)を流路1に設置して水蒸気を除去した後、そのガスを吸着部2の二酸化炭素吸着材3に二酸化炭素を吸着させることが望ましい。これにより、二酸化炭素の吸着分離による回収を促進することができる。
In addition, when the gas flowing into the flow path 1 contains not only carbon dioxide but also water vapor, the water vapor contained in this gas selectively adsorbs (absorbs) water vapor as compared with carbon dioxide (drying). It is desirable that the material is placed in the flow path 1 to remove water vapor, and then the carbon dioxide is adsorbed on the
図2は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbing materials of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路1と、加圧装置11と、吸着部2と、流路4と、減圧装置12(減圧弁)と、脱着部6と、流路8とを接続した構成であり、吸着部2には二酸化炭素吸着材3が、脱着部6には二酸化炭素吸着材7がそれぞれ封入されている。吸着部2の二酸化炭素吸着材3と脱着部6の二酸化炭素吸着材7とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。ここで、加圧装置11はガス加圧部と呼んでもよい。
In this figure, the carbon dioxide recovery device includes a flow channel 1 for introducing a gas containing carbon dioxide, a pressurizing device 11, an
吸着部2及び脱着部6をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材3及び二酸化炭素吸着材7を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材3及び二酸化炭素吸着材7が吸着部2及び脱着部6それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。この場合、吸着部2と脱着部6とで内部の圧力が異なるため、ロータの密閉性を確保することが望ましい。ロータの内部に所定の圧力を維持するための仕切り板を放射状に設けてもよい。
The adsorbing
流路1には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、加圧装置11によりガスを加圧して吸着部2に供給する。そして、吸着部2の二酸化炭素吸着材3に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路4及び減圧装置12を通って減圧され、脱着部6に導入される。脱着部6においては、吸着部2において二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材7を低圧のガスにより脱着させ、二酸化炭素を回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、流路8を通って二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路4には、バイパス流路21を設け、吸着部2において二酸化炭素を吸着・分離され、二酸化炭素濃度が低くなったガスの一部を大気に放出するようにしてもよい。ここで、減圧装置12はガス減圧部と呼んでもよい。
A gas whose temperature has been sufficiently lowered is supplied to the flow path 1 on the upstream side, and the gas is pressurized by the pressurizing device 11 and supplied to the
本実施例の二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材7は、脱着部6において吸着平衡が急激に変化するため、二酸化炭素が急速に脱着し、流路1から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路8の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、バイパス流路21を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスの流量を少なくすることができ、流路8の二酸化炭素濃度を更に高くすることができる。
In the carbon dioxide recovery device of the present embodiment, the
なお、流路1に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合の手段については、実施例11と同様である。 In addition, about the means in case the gas which flows in into the flow path 1 contains not only a carbon dioxide but water vapor | steam, it is the same as that of Example 11. FIG.
図3は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbents of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路101と、二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102が設置された吸着部と、二酸化炭素を除去したガスが流れる流路103と、加熱装置105、106及び二酸化炭素吸着後の二酸化炭素吸着材104の二つから構成される脱着部と、流路107と二酸化炭素回収部116を接続した構成である。吸着部の二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102と脱着部の二酸化炭素吸着材104とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。
In this figure, the carbon dioxide recovery device includes, in order from the upstream side, a
吸着部及び脱着部をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104が吸着部及び脱着部それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。この場合、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104の温度変化の速度を検知して、ロータの回転速度を変動又は停止させてもよい。
The adsorbing part and the desorbing part are each semi-cylindrical, and the carbon
流路101には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、吸着部の二酸化炭素吸着材102に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路103から排出される。脱着部では、加熱装置105、106によって加熱された二酸化炭素吸着材104から、二酸化炭素が排出され、流路107を通って二酸化炭素回収部116で二酸化炭素を回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路117を通して一部の二酸化炭素を脱着部に流通させてもよい。ここで、加熱装置105、106は、吸着材加熱部と呼んでもよい。
A gas whose temperature is sufficiently lowered is caused to flow through the
また、流路101、107及び117にそれぞれ、バルブ108、110及び109を設置してガス流量を調節してもよい。
Further, the gas flow rate may be adjusted by installing
本実施例の二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を急速に加熱することにより二酸化炭素を急速に脱着し、流路101から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路107の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、流路103を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスを排出することができる。
In the carbon dioxide recovery device of the present embodiment, carbon dioxide is rapidly desorbed by rapidly heating the
また、流路101に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合、このガスに含まれる水蒸気を、二酸化炭素に比べて水蒸気を選択的に吸着(吸収)する吸着材(乾燥材)を流路101に設置して水蒸気を除去した後、そのガスを吸着部の二酸化炭素吸着材102に二酸化炭素を吸着させることが望ましい。これにより、二酸化炭素の吸着分離による回収を促進することができる。
In addition, when the gas flowing into the
図4は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbents of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路101と、加圧装置111及び二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102の二つから構成される吸着部と、二酸化炭素を除去したガスが流れる流路103と、二酸化炭素吸着後の二酸化炭素吸着材104を設置した脱着部と、流路107と二酸化炭素回収部116を接続した構成である。吸着部の二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102と脱着部の二酸化炭素吸着材104とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。
In this figure, the carbon dioxide recovery device is composed of a
吸着部及び脱着部をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104が吸着部及び脱着部それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。この場合、吸着部と脱着部とで内部の圧力が異なるため、ロータの密閉性を確保することが望ましい。ロータの内部に所定の圧力を維持するための仕切り板を放射状に設けてもよい。
The adsorbing part and the desorbing part are each semi-cylindrical, and the carbon
流路101には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、加圧装置111によりガスを加圧して二酸化炭素吸着材102に供給する。そして、吸着部の二酸化炭素吸着材102に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路103から排出される。脱着部では、少量のガスを流通させて吸着部より低い圧力下にする。脱着部では、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を低圧のガスにより脱着させ、流路107を通って二酸化炭素回収部116で二酸化炭素を回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路117を通して一部の二酸化炭素を脱着部に流通させてもよい。
A gas whose temperature is sufficiently lowered is caused to flow through the
本実施例の二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104は、脱着部において吸着平衡が急激に変化するため、二酸化炭素が急速に脱着し、流路101から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路107の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、流路103を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスを排出することができる。
In the carbon dioxide recovery apparatus of the present embodiment, the
なお、流路101に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合の手段については、実施例13と同様である。
In addition, about the means in case the gas which flows in into the
図5は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbents of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路101と、加圧装置111及び二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102の二つから構成される吸着部と、二酸化炭素を除去したガスが流れる流路103と、二酸化炭素吸着後の二酸化炭素吸着材104と加熱装置105、106の二つから構成される脱着部と、流路107と二酸化炭素回収部116を接続した構成である。吸着部の二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102と脱着部の二酸化炭素吸着材104とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。
In this figure, the carbon dioxide recovery device is composed of a
吸着部及び脱着部をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104が吸着部及び脱着部それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。
The adsorbing part and the desorbing part are each semi-cylindrical, the carbon
流路101には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、加圧装置111によりガスを加圧して二酸化炭素吸着材102に供給する。そして、吸着部の二酸化炭素吸着材102に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路103から排出される。脱着部では、少量のガスを流通させて吸着部より低い圧力下にする。脱着部では、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を低圧のガスにより脱着させ、流路107を通って二酸化炭素回収部116で二酸化炭素を回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路117を通して一部の二酸化炭素を脱着部に流通させてもよい。本実施例においては、流路117にポンプ122が設置してあり、二酸化炭素の循環を促進している。すなわち、脱着部から流出した高濃度の二酸化炭素を含むガスを脱着部に還流している。これらの流路117及びポンプ122をガス循環部と呼んでもよい。
A gas whose temperature is sufficiently lowered is caused to flow through the
また、流路107から二酸化炭素回収部116に二酸化炭素を送るために圧縮機121を設置してもよい。
In addition, a
本実施例の二酸化炭素回収装置において、吸着部の二酸化炭素吸着材102の前で加圧することで、二酸化炭素を急速に吸着させ、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を急速に加熱することにより二酸化炭素を急速に脱着し、流路101から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路107の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、流路103を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスを排出することができる。
In the carbon dioxide recovery device of the present embodiment, by pressurizing in front of the
なお、流路101に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合の手段については、実施例13と同様である。
In addition, about the means in case the gas which flows in into the
図6は、実施例5〜10の二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素回収装置を示す概略構成図である。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a carbon dioxide recovery device using the carbon dioxide adsorbing materials of Examples 5 to 10.
本図において、二酸化炭素回収装置は、上流側から順に、二酸化炭素を含有するガスを導入するための流路101と、加圧装置111、二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材102の重量を測定する重量検出部112(第一の重量検出部と呼ぶ。)の三つから構成される吸着部と、二酸化炭素を除去したガスが流れる流路103と、二酸化炭素吸着後の二酸化炭素吸着材104、加熱装置105、106及び二酸化炭素吸着後の二酸化炭素吸着材104及び二酸化炭素吸着材104の重量を測定する重量検出部113(第二の重量検出部と呼ぶ。)の三つから構成される脱着部と、流路107と二酸化炭素回収部116を接続した構成である。吸着部の二酸化炭素吸着前の二酸化炭素吸着材102と脱着部の二酸化炭素吸着材104とは、それぞれの設置位置を交換できるように配置されている。また、重量検出部112及び重量検出部113のデータは制御装置114に送られ、二酸化炭素吸着材102と二酸化炭素吸着材104の交換を命令する。ここで、制御装置114は制御部と呼んでもよい。
In this figure, the carbon dioxide recovery device includes, in order from the upstream side, a
吸着部及び脱着部をそれぞれ半円筒形とし、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104を、空隙を有する一つの円柱形とし、円柱の中心軸を回転軸として回転可能としたロータとすることにより、二酸化炭素吸着材102及び二酸化炭素吸着材104が吸着部及び脱着部それぞれに所定時間滞留するように所定の速度で回転させるようにしてもよい。
The adsorbing part and the desorbing part are each semi-cylindrical, and the carbon
流路101には、その上流側で温度を十分に下げたガスを流し、加圧装置111によりガスを加圧して二酸化炭素吸着材102に供給する。そして、吸着部の二酸化炭素吸着材102に二酸化炭素を吸着させる。二酸化炭素を吸着・分離されたガスは、流路103から排出される。脱着部では、少量のガスを流通させて吸着部より低い圧力下にする。脱着部では、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を低圧のガスにより脱着させ、流路107を通って二酸化炭素回収部116で二酸化炭素を回収する。そして、二酸化炭素を回収したガスは、二酸化炭素処理装置又は二酸化炭素蓄積装置に送られる。また、流路117を通して一部の二酸化炭素を脱着部に流通させてもよい。二酸化炭素吸着材102と二酸化炭素吸着材104の交換は、重量検出部112から制御装置114に送信されたデータから二酸化炭素吸着量を算出し、二酸化炭素吸着材102の二酸化炭素吸着量が飽和に近くなると、制御装置114から二酸化炭素吸着材102と二酸化炭素吸着材104の交換命令を出す。
A gas whose temperature is sufficiently lowered is caused to flow through the
本実施例の二酸化炭素回収装置において、吸着部の二酸化炭素吸着材102の前で加圧することで、二酸化炭素を急速に吸着させ、二酸化炭素を吸着した二酸化炭素吸着材104を急速に加熱することにより二酸化炭素を急速に脱着し、流路101から導入されるガスの二酸化炭素濃度よりも、流路107の二酸化炭素濃度を高くすることができる。また、流路103を設けることにより、二酸化炭素濃度が低くなったガスを排出することができる。
In the carbon dioxide recovery device of the present embodiment, by pressurizing in front of the
なお、流路101に流入するガスが、二酸化炭素だけでなく、水蒸気を含有する場合の手段については、実施例13と同様である。
In addition, about the means in case the gas which flows in into the
図7は、実施例16の二酸化炭素回収装置において、二酸化炭素吸着材102a〜102c及び二酸化炭素吸着材104a〜104cのそれぞれの段数を複数にした構成(多段式)である。各二酸化炭素吸着材102a〜102cの重量を測定する重量検出部112a〜112c及び二酸化炭素吸着材104a〜104cの重量を測定する重量検出部113a〜113cから制御装置114(制御部とも呼ぶ。)にデータを送信し、実施例16と同様、二酸化炭素吸着材102a〜102cのうち二酸化炭素吸着飽和に近くなるものがあれば、二酸化炭素吸着材104a〜104cのうち重量が減り、二酸化炭素の脱着が最も進んでいるものと交換する命令を出す。
FIG. 7 shows a configuration (multistage type) in which the number of stages of each of the
本実施例の二酸化炭素回収装置においては、実施例16と同様の効果が得られるとともに、二酸化炭素を含むガスの流れを止めず、効率良く二酸化炭素吸着材102a〜102cと二酸化炭素吸着材104a〜104cの交換を実施することができる。
In the carbon dioxide recovery apparatus of the present embodiment, the same effects as those of the embodiment 16 can be obtained, and the
本発明によれば、従来の二酸化炭素吸着材よりも高い吸着能力を有する二酸化炭素吸着材を提供するとともに、吸着能力の高い吸着材を利用して二酸化炭素回収装置の効率を向上することができ、かつ従来の二酸化炭素吸着材よりも二酸化炭素の脱離温度が低い吸着材を提供するとともに、脱離温度が低い吸着材を利用して二酸化炭素回収装置の運転コストを低減できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while providing the carbon dioxide adsorbent which has higher adsorption capability than the conventional carbon dioxide adsorbent, the efficiency of a carbon dioxide recovery apparatus can be improved using an adsorbent with high adsorption capability. In addition, an adsorbent having a carbon dioxide desorption temperature lower than that of a conventional carbon dioxide adsorbent can be provided, and the operating cost of the carbon dioxide recovery device can be reduced by using an adsorbent having a low desorption temperature.
本発明は、二酸化炭素を含む排ガスから二酸化炭素を吸着分離して回収する目的に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for the purpose of adsorbing and recovering carbon dioxide from exhaust gas containing carbon dioxide.
1:流路、2:吸着部、3:二酸化炭素吸着材、4:流路、5:加熱装置、6:脱着部、7:二酸化炭素吸着材、8:流路、11:加圧装置、12:減圧装置、105、106:加熱装置、111:加圧装置、112、113:重量検出部、114:制御装置、116:二酸化炭素回収部、121:圧縮機、122:ポンプ。 1: flow path, 2: adsorption section, 3: carbon dioxide adsorbent, 4: flow path, 5: heating device, 6: desorption section, 7: carbon dioxide adsorbent, 8: flow path, 11: pressurization apparatus, 12: decompression device, 105, 106: heating device, 111: pressurization device, 112, 113: weight detection unit, 114: control device, 116: carbon dioxide recovery unit, 121: compressor, 122: pump.
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