JP2014113539A - Ｃｏ２捕捉材及びｃｏ２分離装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
水蒸気を含むＣＯ2含有ガスから多孔性錯体を用いてＣＯ2を分離回収できるＣＯ2分離回収装置を提供する。
【解決手段】
ＣＯ2捕捉材を使用して、ＣＯ2含有ガスからのＣＯ2を分離回収するＣＯ2分離回収方法において、ＣＯ2捕捉材が有機分子を含む化合物を有し、ＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2を捕捉させる工程と、ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程と、ＣＯ2捕捉材を冷却する工程を含み、ＣＯ2を捕捉する工程の前に、ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程を有し、ＣＯ2を捕捉させる工程は、水蒸気濃度を低減させた後のＣＯ2含有ガスをＣＯ2捕捉材容器に流通させることでＣＯ2を除去することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＯ2含有ガスから固体のＣＯ2捕捉材を用いてＣＯ2を回収するためのＣＯ2分離回収システムに関する。
温室効果ガスの排出による地球温暖化が世界的な問題となっている。温室効果ガスには二酸化炭素（ＣＯ2）、メタン（ＣＨ4)、フロン類（ＣＦＣｓ）等がある。これらの中で影響が最も大きいものはＣＯ2であり、排出量の削減が緊急の課題となっている。上記課題の解決策としては、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法、深冷分離法などがある。その中に、固体のＣＯ2捕捉材を用いたＣＯ2分離回収法が挙げられる。
ＣＯ2捕捉材を用いたＣＯ2分離回収システムでは、ＣＯ2捕捉材を充填した捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを導入し、ＣＯ2捕捉材とＣＯ2含有ガスを接触させることでＣＯ2を捕捉除去する。その後、ＣＯ2捕捉材を加熱することで捕捉したＣＯ2を脱離させ、回収する。
ＣＯ2捕捉材のＣＯ2捕捉容量を増大させるためにはＣＯ2捕捉材の比表面積が大きい事が好ましい。比表面積の高い材料として、特に芳香族カルボン酸と金属元素の化合物である多孔性錯体が注目されており、例えば特許文献１にはＡｌとトリカルボン酸からなる多孔性錯体を用いた水素捕捉材が記載されている。
特開2012-6854
特許文献１に記載されている多孔性錯体は、有機分子を主成分とするため無機材と比較して耐水熱性が低いと考えられるが、特許文献１にはその対策が示されていない。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、有機分子が水蒸気と接触しにくい構成のＣＯ2回収装置を提供することを目的とする。
ＣＯ2捕捉材を使用して、ＣＯ2含有ガスからのＣＯ2を分離回収するＣＯ2分離回収方法において、ＣＯ2捕捉材が有機分子を含む化合物を有し、ＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2を捕捉させる工程と、ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程と、ＣＯ2捕捉材を冷却する工程を含み、ＣＯ2を捕捉する工程の前に、ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程を有し、ＣＯ2を捕捉させる工程は、水蒸気濃度を低減させた後のＣＯ2含有ガスをＣＯ2捕捉材容器に流通させることでＣＯ2を除去することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
本発明によれば、水蒸気を含むＣＯ2含有ガスから有機分子を用いてＣＯ2を分離回収できる。
本願発明のＣＯ2捕捉材の乾燥処理後の比表面積を示す図である。 本願発明のＣＯ2捕捉材の水蒸気処理後の比表面積を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、ＣＯ2捕捉工程においてＣＯ2捕捉材の前段に水蒸気除去装置を設置した装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、水蒸気除去装置に水蒸気捕捉材を使用する装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、ＣＯ2捕捉材の加熱工程においてＣＯ2捕捉材容器から排出した脱離ガスを加熱用ガスとして循環させて使用する装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、ＣＯ2捕捉材の加熱工程において伝熱管を使用してＣＯ2捕捉材を加熱する装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、ＣＯ2捕捉工程においてＣＯ2捕捉材容器から排出されたＣＯ2除去後ガスを、ＣＯ2捕捉材の冷却工程において冷却用ガスとして使用する装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、ＣＯ2捕捉材の冷却工程において伝熱管を使用してＣＯ2捕捉材を冷却する装置構成を示す図である。 本願発明のＣＯ2分離回収装置において、水蒸気捕捉材の加熱工程において発生する脱離ガスを、ＣＯ2捕捉材の加熱用ガスとして使用する装置構成を示す図である。
本発明者らはＣＯ2捕捉材を使用して、ＣＯ2含有ガスからのＣＯ2を分離回収するＣＯ2分離回収方法において、ＣＯ2捕捉材が有機分子を含む化合物を有し、ＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2を捕捉させる工程と、ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程と、ＣＯ2捕捉材を冷却する工程を含み、ＣＯ2を捕捉する工程の前に、ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程を有し、ＣＯ2を捕捉させる工程は、水蒸気濃度を低減させた後のＣＯ2含有ガスをＣＯ2捕捉材容器に流通させることでＣＯ2を除去するＣＯ2分離回収方法によりＣＯ2捕捉材の比表面積の低減を抑制できると考えた。
また、ＣＯ2捕捉材を使用して、ＣＯ2含有ガスからのＣＯ2を分離回収する装置において、該ＣＯ2捕捉材が有機分子を含む化合物からなり、該ＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器と、該ＣＯ2含有ガスを該捕捉材容器に流通させてＣＯ2を捕捉させる工程と、該ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程と、該ＣＯ2捕捉材を冷却する工程を含み、ＣＯ2を捕捉する工程において、該ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を３体積％以下に低減させた後、ＣＯ2捕捉材容器に流通させてＣＯ2を除去することで、ＣＯ2捕捉材の比表面積の低減を抑制できより効率よくＣＯ2を分離回収できると考えた。
前記ＣＯ2捕捉材はどのような材料でも良いが、水蒸気濃度が３体積％以下である場合に高い比表面積を保持できることから、カルボキシル基及びヒドロキシル基を含む芳香族有機分子と、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、及びＣｏの中から選ばれる少なくとも一種類の金属を含有する多孔性錯体からなるＣＯ2捕捉材であることが好ましい。
前記ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減する為には、ＣＯ2捕捉材容器の前段に水蒸気除去装置を備えることが好ましい。
ＣＯ2含有ガスから水蒸気を除去する方法はどのような方法でも構わないが、例としてＣＯ2含有ガスを水蒸気捕捉材に接触させて水蒸気を除去する方法が挙げられる。本法では水蒸気捕捉材に水蒸気を直接接触させて水蒸気を除去する工程と、水蒸気捕捉材を加熱することで捕捉した水蒸気を脱離させる工程と、水蒸気捕捉材を冷却させる工程があればよい。
水蒸気捕捉材を用いて水蒸気を捕捉する工程では、ＣＯ2含有ガスを水蒸気捕捉材に直接接触させる。ＣＯ2含有ガスの温度はどのような温度でも構わないが、水蒸気の捕捉を促進する為には一般に低温である方が好ましい。例えば、水蒸気を吸着により捕捉する材料では、水蒸気濃度と飽和水蒸気濃度の比率（水蒸気濃度／飽和水蒸気濃度）が大きいほど、水蒸気捕捉量が増加するため、該比率を基に温度を設定してもよい。水蒸気濃度を３体積％、該比率を０．１以上と設定する場合には飽和水蒸気濃度は３０体積％以下であればよく、この場合にはＣＯ2含有ガスの温度が７０℃以下であればよい。
水蒸気捕捉材を加熱する方法としては、例としては高温の熱媒を水蒸気捕捉材に直接接触させる方法が挙げられる。本法では水蒸気の脱離を促進する為、水蒸気濃度の低い熱媒が好ましい。
水蒸気捕捉材を加熱する方法として、水蒸気捕捉材容器内に伝熱管を設置し、該伝熱管内に熱媒を流通させてもよい。伝熱管内に熱媒を流通させる場合には、熱媒と水蒸気捕捉材は直接接触しない為、熱媒中の水蒸気濃度の高いガスでも構わない。このようなガスとして、燃焼排ガスや水蒸気が挙げられる。
水蒸気捕捉材を冷却する方法として、例としては低温の冷媒を水蒸気捕捉材に直接接触させる方法が挙げられる。本法では冷却工程における水蒸気の捕捉を低減する為、水蒸気濃度の低い冷媒が好ましい。このようなガスとして、ＣＯ2捕捉材の冷却工程でＣＯ2捕捉材容器から排出される冷却後ガスが挙げられる。
水蒸気捕捉材容器内に伝熱管を設置し、該伝熱管内に冷媒を流通させてもよい。伝熱管内に冷媒を流通させる場合には、冷媒と水蒸気捕捉材は直接接触しない為、液相の水や、水蒸気濃度の高いガスでも構わない。このようなガスとして、冷却用水が挙げられる。
水蒸気を除去する方法として、ＣＯ2含有ガスを冷却することで水蒸気を凝縮させ、水蒸気濃度を低減させてもよい。本法の例としては、冷却用水との熱交換によりＣＯ2含有ガスを冷却して水蒸気を凝縮させた後、気液分離器を用いて凝縮した水と、ＣＯ2含有ガスを分離する方法が挙げられる。
前記ＣＯ2捕捉材を加熱する方法は様々であるが、例として高温の熱媒をＣＯ2捕捉材に直接接触させる方法が挙げられる。本法ではＣＯ2捕捉材の比表面積低減を抑制する観点から、水蒸気濃度が３体積％以下の熱媒が好ましい。また、回収するＣＯ2の純度を高めるには、熱媒のＣＯ2濃度が高い方が好ましい。このような熱媒としては、前記ＣＯ2分離回収装置で回収したＣＯ2含有ガスが挙げられる。
前記ＣＯ2捕捉材を加熱する方法として、捕捉材容器内に伝熱管を設置し、前記伝熱管内に熱媒を流通させてもよい。この場合には、熱媒とＣＯ2捕捉材は直接接触しない為、熱媒の水蒸気濃度は３体積％以上でもよく、ＣＯ2純度が低くてもよい。このような熱媒としては、ボイラにおいて気化させた水蒸気や、ボイラの燃焼排ガスが挙げられる。
加熱した捕捉材を冷却する方法は様々であるが、例として低温の冷媒をＣＯ2捕捉材に直接接触させる方法が挙げられる。本法では、ＣＯ2捕捉材の比表面積低減を抑制する観点から、水蒸気濃度が低い冷媒が好ましい。また、冷却工程におけるＣＯ2捕捉によるＣＯ2捕捉容量低減を抑制する観点から、冷媒のＣＯ2濃度は低い方が好ましい。このようなガスとしては、水蒸気除去装置によって水蒸気濃度を低減させた空気や、ＣＯ2を捕捉する工程で捕捉材容器から排出されるガスが挙げられる。前記捕捉材容器から排出されるガスは水蒸気除去装置において、予め水蒸気濃度を低減しており、本ガスを利用する場合には、冷媒の為に水蒸気除去装置を新たに設置しなくてもよいため、コストが低減でき好ましい。
ＣＯ2捕捉材を冷却する方法として、ＣＯ2捕捉材容器内に伝熱管を設置し、該伝熱管内に冷媒を流通させてもよい。伝熱管内に冷媒を流通させる場合には、冷媒とＣＯ2捕捉材は直接接触しない為、冷媒の水蒸気濃度は高くてもよく、ＣＯ2濃度が高くてもよい。このような冷媒としては、空気や水が挙げられる。
水蒸気捕捉材を加熱する際には、加熱された水蒸気含有ガスが発生する。この水蒸気含有ガスを前記ＣＯ2捕捉材の加熱に利用すれば、ＣＯ2捕捉材の加熱に要するエネルギーを低減でき、好ましい。この場合は、ＣＯ2捕捉材の比表面積低減を抑制する為、前記ＣＯ2捕捉材に接触する水蒸気を低減する為、伝熱管内に水蒸気含有ガスを流通させることが好ましい。
前記ＣＯ2含有ガスはどのようなガスでも構わないが、例えば石炭焚きボイラ、セメント製造プラント、製鉄所からの排ガス等が挙げられる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
ビーカーにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５０ｍｌ、水５０ｍｌ、エタノール（和光純薬（株））５０ｍｌを入れ１０分間攪拌した後、２，５―ジヒドロキシテレフタル酸（シグマアルドリッチ）１．１７ｇを添加して３０分間攪拌し、溶解させた。次に、硝酸Ｚｎ六水和物４．６４ｇを添加して３０分攪拌し、溶解させた。
調製した溶液に２５質量％のアンモニア水（和光純薬（株））を５ｍｌ添加し８時間攪拌した。１時間の静置後、メタノールを用いてろ過・洗浄し、沈殿を収集した。
得られた沈殿をメタノール５０ｍｌに１６時間浸けた後、メタノールを用いてろ過・洗浄し、沈殿を収集した。本工程を３回実施した。
硝酸Ｚｎ六水和物の代わりに硝酸Ｎｉ（II）六水和物（和光純薬（株））４．５３ｇを添加した以外は実施例１と同様の方法で沈殿を収集した。
硝酸Ｚｎ六水和物の代わりに硝酸Ｍｇ六水和物（和光純薬（株））４．００ｇを添加した以外は実施例１と同様の方法で沈殿を収集した。
硝酸Ｚｎ六水和物の代わりに硝酸Ｃｏ（II）六水和物（和光純薬（株））４．５４ｇを添加した以外は実施例１と同様の方法で沈殿を収集した。
（比較例）
ビーカーＡにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（和光純薬（株））５０ｍｌを入れ、硝酸Ｚｎ六水和物（和光純薬（株））１．７０ｇを添加して３０分間攪拌し、溶解させた。ビーカーＢにＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（和光純薬（株））５０ｍｌを入れ、テレフタル酸（和光純薬（株））０．５０７ｇを添加して３０分間攪拌し、溶解させた。その後、ビーカーＢにビーカーＡの溶液を滴下し、８時間撹拌した。１時間の静置後、メタノール（和光純薬（株））を用いてろ過・洗浄し、沈殿を収集した。
得られた沈殿をメタノール５０ｍｌに１６時間浸けた後、メタノールを用いてろ過・洗浄し、沈殿を収集した。本工程を３回実施した。
（比表面積及び平均細孔径の評価方法）
実施例１〜４及び比較例の粉末についてＬａｎｇｍｕｉｒ法を用いて−１９６℃における窒素の吸着等温線を測定し、比表面積を測定した。測定前に水蒸気濃度が３体積％以下の大気下において、乾燥炉で１２０℃にて１時間の乾燥処理を行った後、真空下にて２５０℃で前処理を行った。
（水蒸気処理方法）
ＣＯ2捕捉材の耐水熱性の評価の為、水蒸気処理を実施した。石英ガラス反応管中にシリカウールを設置して、ＣＯ2捕捉材の粉末を固定した。１００体積％のＨｅ流通下、電気炉で昇温速度を１０℃／分とし、２００℃まで昇温した後、流通ガスを１２体積％の水蒸気と８８体積％のＨｅの混合ガスに切り替え、１５分流通させた。その後、流通ガスを１００体積％のＨｅに切換え、反応管を冷却した。
図１は実施例１〜４及び比較例のＣＯ2捕捉材の比表面積を示したものである。比較例のＣＯ2捕捉材と比較し、ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する芳香族分子と、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ及びＣｏから選ばれた金属元素を含む実施例１〜４のＣＯ2捕捉材は乾燥処理、及び２５０℃の前処理後においても高い比表面積を有することがわかった。乾燥処理中の水蒸気濃度は３体積％以下であったため、水蒸気濃度を３体積％以下とすることで高い比表面積を得られる事が判った。
図２は実施例１〜４のＣＯ2捕捉材の水蒸気処理後の比表面積を示したものである。実施例１〜４の捕捉材は水蒸気処理により比表面積は２００ｍ2／ｇ以下に低下しており、これらのＣＯ2捕捉材を使用する際はＣＯ2捕捉材が接触するガス中の水蒸気濃度を多くとも１２体積％以下に設定する必要があることがわかった。
図３に実施例１のＣＯ2捕捉材を使用したＣＯ2分離回収装置のフローを示す。本装置は実施例１のＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器と、水蒸気除去装置を備える。ＣＯ2捕捉材容器と水蒸気除去装置には配管及び流通ガスを切り替える為の弁を備えている。本装置ではＣＯ2含有ガスを捕捉材容器に流通させてＣＯ2を捕捉させる工程（捕捉工程）(a)と、ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程（加熱工程）(b)と、ＣＯ2捕捉材を冷却させる工程（冷却工程）(c)を含み、流通させるガスを切り替えることにより工程を切り替えることが出来る。
捕捉工程(a)においては、水蒸気除去装置にＣＯ2含有ガスを流通させ、水蒸気除去装置から水蒸気除去後ＣＯ2含有ガスを排出させる。ＣＯ2捕捉材容器に水蒸気除去後ＣＯ2含有ガスを流通させ、ＣＯ2捕捉材容器からＣＯ2除去後ガスを排出させ、大気へ放出する。
加熱工程(b)においては、加熱用ガスをＣＯ2捕捉材容器に流通させてＣＯ2捕捉材と直接接触させることで加熱し、ＣＯ2捕捉材容器から脱離ガスを排出させ、回収する。
冷却工程(c)においては、冷却用ガスをＣＯ2捕捉材容器に流通させてＣＯ2捕捉材と直接接触させることで冷却し、ＣＯ2捕捉材容器から冷却後ガスを排出させ、大気へ放出する。
本構成では、ＣＯ2含有ガス中の水蒸気を除去した後、ＣＯ2捕捉材容器に流通させている為、捕捉工程(a)において捕捉材に接触する水蒸気濃度を低減でき、比表面積の低減を抑制できる。
また、本構成では、ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる水蒸気除去装置と、有機分子を含む化合物を有するＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器を有し、水蒸気除去装置を通ったＣＯ2含有ガスをＣＯ2捕捉材容器へ流通させる配管を有するＣＯ2分離回収装置により、ＣＯ2捕捉材に接触する水蒸気濃度を低減でき、比表面積の低減を抑制できる。
また、ＣＯ2捕捉材容器へ加熱用ガス及び冷却用ガスを供給する配管を有するＣＯ2分離回収装置により、ＣＯ2捕捉材容器から脱離ガスを排出させ回収し、ＣＯ2捕捉材を再利用することができる。
尚、図１、２で示したように、ガス中の水蒸気濃度によりＣＯ2捕捉材の比表面積の低下が発生するので、ＣＯ2を捕捉する工程の前に少しでも水蒸気濃度を低下させればＣＯ2捕捉材の比表面積の低減を抑制できるので、図１、２で上述した水蒸気濃度に限定されるものではない。また、ガス中の水蒸気濃度によりＣＯ2捕捉材の比表面積の低下が発生する材料へ適用できるので、図１、２で示した素材に限定されるものではない。
さらに、より好ましい例として、加熱用ガス及び冷却用ガスとして水蒸気濃度が１２体積％以下のガスを流通させることで、加熱工程(b)及び冷却工程(c)において捕捉材に接触する水蒸気濃度を低減でき、比表面積の低減を抑制できる。
さらに、より好ましい例として、加熱用ガス及び冷却用ガスとして水蒸気濃度が３体積％以下のガスを流通させることで、加熱工程(b)及び冷却工程(c)において捕捉材に接触する水蒸気濃度を低減でき、比表面積の低減を抑制でき、より効率よくＣＯ2を分離回収できる。
図４に水蒸気捕捉材を用いて、水蒸気を除去するフローを示す。実施例５の構成における水蒸気除去装置に水蒸気捕捉材を充填した水蒸気捕捉材容器を備えている。本装置では水蒸気含有ガスを水蒸気捕捉材容器に流通させて水蒸気を捕捉させる工程（捕捉工程）(d)と、水蒸気捕捉材を加熱して水蒸気を脱離させる工程（加熱工程）(e)と、水蒸気捕捉材を冷却させる工程（冷却工程）(f)を含み、流通させるガスを切り替えることにより工程を切り替えることが出来る。
捕捉工程(d)においては、水蒸気捕捉材容器にＣＯ2含有ガスを流通させ、水蒸気捕捉材容器から水蒸気除去後ＣＯ2含有ガスを排出させ、ＣＯ2捕捉材容器に流通させる。
加熱工程(e)においては、加熱用ガスを水蒸気捕捉材容器に流通させて水蒸気捕捉材と直接接触させることで加熱し、水蒸気捕捉材容器から水蒸気含有ガスを排出させ、大気に放出する。
冷却工程(f)においては、冷却用ガスを水蒸気捕捉材容器に流通させて水蒸気捕捉材と直接接触させることで冷却し、水蒸気捕捉材容器から冷却後ガスを排出させ、大気へ放出する。
本構成では、流通させるガスを切り替えることにより、繰り返し水蒸気を捕捉することができる。
また、水蒸気除去装置へ加熱用ガス及び冷却用ガスを供給する配管を有するＣＯ2分離回収装置により、水蒸気捕捉材を再利用することができる。
図５に加熱用ガスとして加熱工程(b)でＣＯ2捕捉材容器から排出される脱離ガスの一部を流通させるフローを示す。実施例６の構成に加えて脱離ガスの流量を制御する制御弁と、脱離ガスを加圧する為の圧縮機と、脱離ガスを加熱する為の加熱機を備えている。ＣＯ2捕捉材容器から排出される脱離ガスの一部を制御弁により流量を調整し、圧縮機により加圧し、加熱機に流通させて加熱した後、加熱用ガスとしてＣＯ2捕捉材容器に流通させる。
本構成では、加熱用ガスとして脱離ガスを循環させて使用しているため、加熱工程において水蒸気が装置外から新たに流入しない。従って、捕捉材に接触する水蒸気濃度を低減でき、比表面積の低減を抑制できる。
また、ＣＯ2捕捉材を加熱する工程(b)において、水蒸気濃度が３積％以下の加熱用ガスをＣＯ2捕捉材に直接接触させることにより、効率よくＣＯ2捕捉材を加熱することができる。
尚、脱離ガスを循環させることと、加熱用ガスをＣＯ2捕捉材に直接接触させることは両方を採用しても良いし、独立してそれぞれを採用しても良い。 また、図５の実施例ではＣＯ2捕捉材を加熱する加熱工程(b)で説明したが、ＣＯ2捕捉材に代えて水蒸気捕捉材を用い、水蒸気捕捉材を加熱する加熱工程(e)でも同様に実施しても良い。
尚、加熱工程(b)でＣＯ2捕捉材を加熱することと、加熱工程(e)で水蒸気捕捉材を加熱することは両方を採用しても良いし、独立してそれぞれを採用しても良い。
図６に加熱用ガスとして、ボイラで気化させた水蒸気含有ガスの一部を用いてＣＯ2捕捉材を加熱するフローを示す。実施例６の構成に加えて、ＣＯ2捕捉材容器内部に伝熱管を備えている。加熱工程(b)において、水蒸気を伝熱管内に流通させることでＣＯ2捕捉材を加熱し、伝熱管から水を排出させる。ＣＯ2捕捉材の加熱により発生した脱離ガスをＣＯ2捕捉材容器から排出させ、回収する。
本構成では、加熱用ガスとＣＯ2捕捉材は直接接触しない為、水蒸気濃度の高いガスを用いてＣＯ2捕捉材を加熱できる。
また、図６の実施例ではＣＯ2捕捉材を加熱する加熱工程(b)で説明したが、ＣＯ2捕捉材に代えて水蒸気捕捉材を用い、水蒸気捕捉材を加熱する加熱工程(e)でも同様に実施しても良い。
尚、加熱工程(b)でＣＯ2捕捉材を加熱することと、加熱工程(e)で水蒸気捕捉材を加熱することは両方を採用しても良いし、独立してそれぞれを採用しても良い。
図７に冷却用ガスとして、捕捉工程(a)でＣＯ2捕捉材容器から排出されたＣＯ2除去後ガスを流通させるフローを示す。実施例６の構成に加えて、ＣＯ2除去後ガスの流量を制御する制御弁と、ＣＯ2除去後ガスを加圧する為の圧縮機を備えている。捕捉工程(a)においてＣＯ2捕捉材容器から排出されるＣＯ2除去後ガスの一部を、制御弁を用いて流量を調整し、圧縮機において加圧して、冷却工程(c)における冷却用ガスとしてＣＯ2捕捉材容器に流通させる。
本構成では、ＣＯ2除去後ガスを冷却用ガスとして使用する為、水蒸気濃度の低い冷却用ガスを新規に導入する必要が無い。
また、図７の実施例ではＣＯ2捕捉材を冷却する冷却工程(c)で説明したが、ＣＯ2捕捉材に代えて水蒸気捕捉材を用い、水蒸気捕捉材を冷却する冷却工程(f)でも同様に実施しても良い。
尚、冷却工程(c)でＣＯ2捕捉材を冷却することと、冷却工程(f)で水蒸気捕捉材を加熱することは両方を採用しても良いし、独立してそれぞれを採用しても良い。
図８に冷却用水を用いて、ＣＯ2捕捉材を冷却させるフローを示す。実施例６の構成に加えて、ＣＯ2捕捉材容器内に伝熱管を備えている。冷却工程(c)において、冷却用水を伝熱管内に流通させ、冷却後の水を伝熱管から排出させることでＣＯ2捕捉材を冷却させる。
本構成では、冷却用水とＣＯ2捕捉材は直接接触しない為、冷媒が水及び水蒸気を含む場合においてもＣＯ2捕捉材を冷却できる。
また、図８の実施例ではＣＯ2捕捉材を冷却する冷却工程(c)で説明したが、ＣＯ2捕捉材に代えて水蒸気捕捉材を用い、水蒸気捕捉材を冷却する冷却工程(f)でも同様に実施しても良い。
尚、冷却工程(c)でＣＯ2捕捉材を冷却することと、冷却工程(f)で水蒸気捕捉材を加熱することは両方を採用しても良いし、独立してそれぞれを採用しても良い。
図９に水蒸気捕捉材を伝熱管を用いて加熱し、脱離した水蒸気含有ガスをＣＯ2捕捉材の加熱に利用するフローを示す。実施例６の構成に加え、水蒸気捕捉材容器内部に伝熱管１を備え、ＣＯ2捕捉材容器内部に伝熱管２を備えている。水蒸気捕捉材の加熱工程において、加熱用ガスを伝熱管１に流通させることで、水蒸気捕捉材を加熱する。加熱により水蒸気捕捉材から脱離した水蒸気含有ガスを水蒸気捕捉材容器から排出させた後、水蒸気含有ガスを伝熱管２に流通させ、ＣＯ2捕捉材を加熱する。伝熱管２からは水及び水蒸気含有ガスを排出させる。
本構成では、水蒸気捕捉材の加熱時に脱離した水蒸気含有ガスを用いてＣＯ2捕捉材を加熱する為、ＣＯ2捕捉材の加熱に要するエネルギーを低減できる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

Claims (17)

  1. ＣＯ2捕捉材を使用して、ＣＯ2含有ガスからのＣＯ2を分離回収するＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2捕捉材が有機分子を含む化合物を有し、前記ＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器に前記ＣＯ2含有ガスを流通させてＣＯ2を捕捉させる工程と、前記ＣＯ2捕捉材を加熱してＣＯ2を脱離させて回収する工程と、前記ＣＯ2捕捉材を冷却する工程を含み、ＣＯ2を捕捉する工程の前に、前記ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程を有し、前記ＣＯ2を捕捉させる工程は、水蒸気濃度を低減させた後の前記ＣＯ2含有ガスを前記ＣＯ2捕捉材容器に流通させることでＣＯ2を除去することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  2. 請求項１において、前記ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程は、ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を３体積％以下に低減させることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  3. 請求項１に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2捕捉材が、カルボキシル基及びヒドロキシル基を含む芳香族有機分子と、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、及びＣｏの中から選ばれる少なくとも一種類の金属を含有する多孔性錯体を有することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  4. 請求項１に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる工程は、水蒸気を捕捉する水蒸気捕捉材を充填した水蒸気捕捉材容器に水蒸気含有ガスを流通させて水蒸気を捕捉する工程と、前記水蒸気捕捉材を加熱することで捕捉した水蒸気を脱離させる工程と、前記水蒸気捕捉材を冷却する工程を含むことを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  5. 請求項４に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材を加熱する工程において、加熱用の熱媒を前記ＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材に直接接触させることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  6. 請求項６に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記加熱用ガスが加熱工程において回収したＣＯ2含有ガスであることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  7. 請求項４に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記捕捉材容器内に伝熱管を備え、前記ＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材を加熱する工程において、前記伝熱管に加熱用の熱媒を流通させることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  8. 請求項１１に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記加熱用の熱媒がボイラなどから排出される燃焼排ガス、もしくはボイラなどで加熱して気化させた水蒸気であることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  9. 請求項４に記載のＣＯ2分離回収装置において、前記ＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材を冷却させる工程において、低温の冷媒をＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材に直接接触させることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  10. 請求項９に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記低温の冷媒が、ＣＯ2を捕捉する工程で前記ＣＯ2捕捉材容器から排出されたガスであることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  11. 請求項４に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2捕捉材容器内又は前記水蒸気捕捉材容器内に伝熱管を備え、前記ＣＯ2捕捉材又は前記水蒸気捕捉材を冷却する工程では低温の冷媒を前記伝熱管に流通させることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  12. 請求項１１に記載のＣＯ2分離回収方法において、前記低温の冷媒が空気、または液相の水である事を特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  13. 請求項４のいずれかに記載のＣＯ2分離回収方法において、前記水蒸気捕捉材を加熱する工程で排出されたガスを、前記ＣＯ2捕捉材容器内部に備えた伝熱管に流通させることでＣＯ2捕捉材を加熱することを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  14. 請求項１〜１３のいずれかに記載のＣＯ2分離回収方法において、前記ＣＯ2含有ガスが石炭焚きボイラ、セメント製造プラント、製鉄所のいずれかの排ガスであることを特徴とするＣＯ2分離回収方法。
  15. ＣＯ2含有ガスの水蒸気濃度を低減させる水蒸気除去装置と、
    有機分子を含む化合物を有するＣＯ2捕捉材を充填したＣＯ2捕捉材容器を有し、
    前記水蒸気除去装置を通ったＣＯ2含有ガスを前記ＣＯ2捕捉材容器へ流通させる配管を有することを特徴とするＣＯ2分離回収装置。
  16. 請求項１５において、前記ＣＯ2捕捉材容器へ加熱用ガス及び冷却用ガスを供給する配管を有することを特徴とするＣＯ2分離回収装置。
  17. 請求項１５において、前記水蒸気除去装置へ加熱用ガス及び冷却用ガスを供給する配管を有することを特徴とするＣＯ2分離回収装置。
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