JP2017502833A - 大気からｃｏ２を除去するための回転式マルチモノリスベッド移動システム - Google Patents

Abstract

二酸化炭素含有ガス混合物から二酸化炭素を除去するためのシステムである。このシステムは、２つのグループの二酸化炭素除去構造（それぞれのグループ内の各除去構造は、該構造上に支持された多孔質固体塊の基板を含む）；二酸化炭素に吸着または結合して、ガス混合物から二酸化炭素を除去することが可能な吸着剤であって、多孔質固体塊の基板の表面上に支持されている吸着剤；該除去構造のグループのそれぞれのための該エンドレスループ支持体であって、ガス混合物の流れに晒されながら閉曲線に沿って各グループの支持構造を移動させるように配列されているエンドレスループ支持体；を含む。【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、大気から温室効果ガスを除去するためのシステムおよび方法、特定には周囲空気などのガス流から二酸化炭素を除去するためのシステムおよび方法に関する。

[0002]同時係属中の米国特許出願第１３／０９８３７０号（２０１１年４月２９日付けで出願）に記載されたシステムへのさらなる改善として、先の出願で開示されたものよりも、とりわけさらに改変された場合、より広範な使用に利用できることが現在認識される好適なシステムおよびプロセスが提供される。その同時係属中の出願の開示は、本明細書で提供される新しい開示によって改変されたものとして、参照によって全体が再掲されたのと同様に本明細書に組み入れられる。

[0003]現在のところ、幾分矛盾するエネルギー関連の３つの目的、すなわち、
（１） 経済発展にとって手ごろなエネルギーを供給すること；
（２） エネルギー安全保障を達成すること；および
（３） 地球温暖化によって生じる有害な気候変動の回避を達成しようとすること；
に、多大な関心が集中している。しかしながら、経済的な繁栄に必要なエネルギーを保有し、対立を引き起こす可能性があるエネルギー不足を回避しようとしたとしても、今世紀の残りの時間中に化石燃料の使用を回避する実現可能な方法はない。

[0004]科学者によれば、二酸化炭素のようないわゆる温室効果ガス（他の主要な温室効果ガスは、メタンおよび水蒸気である）の量の増加が、地球の平均気温を上昇させると予想されることはほとんど議論の余地がない。

[0005]また、二酸化炭素排出への継続的な人間の寄与を低減するだけで気候変動の危険をうまく取り除くことができるという解決策がないことも明白である。大気から余分なＣＯ_２を除去することも必要である。空気抽出と大気中の二酸化炭素量を増加または減少させる能力があれば、原理的には、濃度を増加させて気候変動を引き起こす可能性があるメタン（天然に存在するものと人間の活動に由来するものの両方）のような他の温室効果ガスを相殺することができる。

[0006]本出願人による近年の発明まで、少なくとも大気中のいわゆる「温室」ガスの増加の速度を落とすために、大気から直接二酸化炭素を捕獲することは、その化合物が低濃度であるために経済的に実現可能ではないということは、当分野の専門家のなかで一般的に容認されている意見であった。その後、このような特定の条件下におけるＣＯ_２低減の実行は、実際に実用的で効率的であるということが同時係属中の共同所有された先の出願により示された。

[0007]周囲条件下で、好適な再生可能な吸着剤系および低温でのストリッピングまたは再生プロセスを使用して、ＣＯ_２を空気から周囲条件で効率的に抽出することができること、さらに、このようなプロセスを拡張して、より低いコストとより高い効率で大気中のＣＯ_２の正味の低減を達成するように、煙道ガスからＣＯ_２を除去することに加えて大気から余分なＣＯ_２を除去するように相当量の周囲空気と混合された流出ガスの混合物からＣＯ_２を除去できることが示された。

[0008]本発明は、より低い資本支出（「ＣＡＰＥＸ」）およびより低い運営費（「ＯＰＥＸ」）などのより高い効率とより低い全体コストで、二酸化炭素含有空気の塊から二酸化炭素を除去するためのさらに新しく有用なシステムおよび方法を提供する。

[0009]本発明によれば、吸着剤の再生速度に対する吸着速度の比率に依存する比率で、単一の再生ボックスと組み合わされる複数のモノリスまたはベッドのアセンブリを利用する新規のプロセスおよびシステムが開発された。好ましい実施態様において、モノリスは、好ましくは閉曲線を形成する閉ループトラックに支持されており、その上でモノリスは、周囲空気または主成分として周囲空気を含むガスの混合物の移動する流れに晒されながら、連続してトラックに沿って回転する。トラックに沿った１つの位置で回転が止まり、モノリスの１つが、処理のためのシールされたボックスに移動して、吸着剤からＣＯ_２をストリッピングして吸着剤が再生される。吸着剤が再生されると、モノリスは、次のモノリスが再生ボックスに入る位置にくるまでトラックの周りを回転し、次いでモノリスの全ての回転が止まる。

[0010]各モノリスは、その表面上に二酸化炭素を吸着するアミン部位を有し、好ましくは第一アミンの比率が高い多孔質基板で形成される。モノリスがトラックに沿って移動するにつれて、それらは、各モノリスがシールされたボックスに到達するまで、移動するガス流からＣＯ_２を吸着する。ボックス内にシールされたら、ＣＯ_２を吸着剤からストリッピングするように吸着剤を処理して吸着剤を再生する。ストリッピングされたＣＯ_２は、ボックスから除去され、捕獲される。次いで再生された吸着剤を有するモノリスは、シールされたボックスから外に移動し、次のモノリスが再生ボックスに移動されるような位置に回転するまで、さらなるＣＯ_２を吸着するために他のモノリスと共にトラックに沿って移動する。ストリッピング／再生の配置において、モノリスは、トラックの階層の上または下に配置されたボックスに移動されてもよいし、またはモノリスがトラックと同じ階層レベルでボックスに移動してモノリスと共にシールを形成するように、ボックスを配置してもよい。これらの数々の選択肢は、以下でさらに定義され、添付の図面で示される。

[0011]再生ボックスが下または上の階層にある場合、本システムは、モノリスを上昇または下降させるためのサブシステムを包含する必要がある。再生ボックスがトラックと同一階層上にあるシステムでは、側面に沿って、同様に上部および／または底部表面に沿ってシールを提供するためのより複雑なシール配列が必要であると予想される。

ＣＯ _２ の吸着および除去プロセス
[0012]このプロセスの基礎となる論理は、空気または空気と流出ガスとの混合物を、好ましくは周囲条件またはそれに近い条件で吸着剤のベッドに通過させることによって、大気からＣＯ_２を吸着させることである。ＣＯ_２が吸着剤に吸着されたら、ＣＯ_２は収集されて、吸着剤は再生されると予想される。後者の工程は、シールされた格納ボックス中で吸着剤を水蒸気により加熱し、ＣＯ_２を放出させて、吸着剤を再生することによって行われる。ＣＯ_２がボックスから収集されたら、吸着剤は、大気からＣＯ_２を再吸着するのに利用可能になる。本プロセスに対する唯一の主要な制限は、吸着剤は、「高すぎる」温度にある場合、空気に晒されると再活性化される可能性があることである。したがって、モノリスがボックスを離れて空気流に戻される前に、吸着剤を冷却することが必要な場合がある。

[0013]一般的に、周囲空気からのＣＯ_２の吸着には、再生工程におけるＣＯ_２の放出よりもより長い時間が必要である。現行の吸着剤再生法を用いれば、この差は、周囲空気を処理する場合、吸着工程で、ＣＯ_２放出および吸着剤再生に必要な吸着期間のおよそ９倍長い吸着期間を必要とすると予想される。したがって、個々の回転式システムに関する現行基準として、１０個のモノリスと単一の再生ユニットとを有するシステムが採用されてきた。吸着剤の性能が経時的に改善されるとすれば、この吸着時間と脱離時間との比率、したがってシステムに必要なモノリスの数は少なくなると予想される。特定には、より多く吸着剤がローディングされる実施態様が使用される場合、１時間の吸着時間が実用的であると予想されることから、わずか５個のモノリスに対応するのに１つの再生ボックスを必要とする。加えて、相対的な処理時間は、ＣＯ_２含量が多いほど再生時間に対して吸着時間がより短くなるように、例えばガスミキサーにより燃焼流出物（「煙道ガス」）を周囲空気と混合することによって、処理されるガス混合物中のＣＯ_２濃度に応じて変更されると予想される。

[0014]シールされたボックスでの吸着サイクルおよび再生サイクルの両方の間におけるモノリス内の化学および物理活性は、先の同時係属中の出願第１３／８８６，２０７号および１３／９２５，６７９号で説明されているのと実質的に同じである。これらの同時係属中の出願の開示は、本明細書で提供された新しい開示によって改変されたものとして、参照によって全体が再掲されたのと同様に本明細書に組み入れられる。本発明に係るシステムにおいて、各回転式システムは、回転式モノリスの各グループに１つのシール可能な再生ボックスを提供し、モノリスの数は、望ましい吸着と望ましい再生を達成するための相対的な時間によって左右される。加えて、より大きい効率およびより低いコストは、２つの回転式システムを好適な関係で空間的に関連させ一時的に作動させて、２つの回転式モノリスシステムのための再生ボックスを、他方で再生の結果生じた他方における余熱によって各々が予熱されるように相互作用させることによって達成されることが発見され、これはさらに、再生されたモノリスが回転トラック上でその吸着サイクルに戻される前に、再生されたモノリスも効率的に冷却する。

[0015]この再生ボックス間の相互作用は、本発明に従って、ＣＯ_２放出後に第一のボックス中に残存する水蒸気と水が蒸発するように第一のボックスシステムの圧力を低くすることによって達成され、その低減された分圧でシステムが水蒸気の飽和温度に冷却される。さらに、後述するように、このプロセスで放出された熱は、第二の吸着剤のベッドを予熱するのに使用されることから、およそ５０％の顕熱の回収をもたらし、エネルギーおよび水の使用に有益な影響を与える。この概念は、酸素抵抗性吸着剤が利用される場合であっても使用することができる。より高温での酸素非活性化に対する吸着剤の感度は、開発過程で取り組まれているところであり、その性能は時とともに改善されると予想される。

[0016]上記で論じられたように、吸着剤のベッドは、好ましくは、それが空気に晒される前に、空気中の酸素による非活性化が回避されるように冷却される。この冷却は、システム圧力を低くすること、したがって水蒸気の飽和温度を低くすることによって達成される。これは、システムの温度を低くするために、吸着剤の非活性化の問題をなくすことにおいて有効であることが示されている。したがって有意な量のエネルギーが、減圧工程中に冷却されるベッドから除去される。ＣＯ_２吸着工程を終えた新しいベッドは、ＣＯ_２を放出して吸着剤を再生するために加熱される必要がある。この熱は、単に大気圧の水蒸気によって提供されてもよいが、これは、追加の運転費用になる。この運転費用を最小限にするために、２ベッド設計の概念が開発された。この概念において、システム圧力を低下させること、したがって水蒸気の飽和温度を低下させることによって冷却されるボックスから除去された熱は、空気からのＣＯ_２吸着を終えたベッドを含有する第二のボックスを予熱するのに一部使用され、第二のボックスは、ＣＯ_２除去および吸着剤再生工程を開始することとなる。したがって、第一のボックスの冷却からの熱を第二のボックスの温度を高めるのに使用することによって、水蒸気の使用が低減される。第二のボックスに関する残りの熱の役割は、好ましくは大気圧で水蒸気を添加することによって達成される。このプロセスは、２つのボックスのそれぞれにおいて他の回転式モノリスでも繰り返され、システムの熱効率を改善する。

[0017]本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明および添付の図面で説明されるかまたはそれから明白である。

図１は、本発明の例示的な実施態様に係る大気から二酸化炭素を除去するための回転式マルチモノリスシステムの互いに相互作用する対の図式的な上面図である。 図２は、本発明の例示的な実施態様に係る大気から二酸化炭素を除去するための図１の回転式マルチモノリスシステムの図式的な立面図である。 図３は、本発明の別の例示的な実施態様に係る大気から二酸化炭素を除去するための代替の回転式マルチモノリスシステムの互いに相互作用する対の図式的な上面図である。 図４は、本発明のその例示的な実施態様に係る大気から二酸化炭素を除去するための図３の回転式マルチモノリスシステムの図式的な立面図である。 図５および図５Ａ〜Ｈは、図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図であり、これは、回転トラックレベル間のモノリスを、上の空気接触位置（ここで空気の移動は機械式のブロワーによって促される）および垂直にオフセットされた再生チャンバー位置に移動させるための、垂直移動のためのシステムまたはエレベーターを利用している。 図５Ａは、図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｂは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｃは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｄは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｅは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｆは、 図５は、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｇは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図５Ｈは、 図１〜４のモノリス媒体から二酸化炭素を除去するための再生チャンバーの対の垂直にオフセットしたバージョンの概略図である。 図６は、隣接するモノリスシステムにおける再生チャンバーおよびモノリスの上面［略図的な立面］図であり、各チャンバーおよびチャンバー間の配管システム配列が示される。 図７Ａは、それぞれ各モノリスと共に固定されているファンおよび回転しているファンを示す概略的な立面図である。 図７Ｂは、それぞれ各モノリスと共に固定されているファンおよび回転しているファンを示す概略的な立面図である。 図８Ａは、図７Ａ、Ｂの二重の誘引軸流ファンおよびプレナムの設計の図式的な側面図である。 図８Ｂは、図７Ａ、Ｂの二重の誘引軸流ファンおよびプレナムの設計の図式的な正面図である。 図９は、図８Ｂの二重の誘引軸流ファンおよびプレナムの設計の、ライン９−９に沿った図式的な切り取り立面図である。 図１０Ａは、モノリスにおけるシールシステムの設計であり、ここで角度および寸法は説明のために誇張されている。 図１０Ｂは、モノリスにおけるシールシステムの設計であり、ここで角度および寸法は説明のために誇張されている。 図１０Ｃは、モノリスにおけるシールシステムの設計であり、ここで角度および寸法は説明のために誇張されている。 図１１は、本発明の別の例示的な実施態様に係る大気から二酸化炭素を除去するための回転式マルチモノリスシステムの互いに相互作用する対の図式的な上面図である。 図１２は、大気から二酸化炭素を除去するための、図１１のライン１１−１１に沿った、互いに相互作用する回転式マルチモノリスシステムの対の図式的な立面図である。

[0031]図１および２に、これらの操作を行うためのシステムに関する概念設計を示す。図３および４に、この概念をわずかに改変した型を示す。全体的な概念設計は上記で論じた通りであり、以下で必要であると予想される操作および補助的な装置の詳細な議論を記載する。

[0032]この実施態様では、十角形の配列で配置された１０個の「モノリス」が存在し、これらは円形のトラック上に配置されている。各プロセスユニットに連結された２つの円形／十角形のアセンブリが存在し、これらは相互作用している（図１〜４を参照）。空気は、モノリスの内側に配置された誘引通風ファンによってモノリスを通過する。１つの配置において、モノリスは、単一のシール可能なチャンバーボックスに隣接した位置にあり、そこに、処理のためのベッドをトラックから垂直に移動させることによって示された通りに各モノリスが挿入される（すなわち、そこでそれらが１３０℃以下の温度、より好ましくは１２０℃を超えない温度に、好ましくは正確な加熱水蒸気により加熱されて、吸着剤からＣＯ_２が放出され吸着剤が再生される）。その代わりに、ボックスは、同一階層上にあってもよい。この実施態様において、モノリスによってＣＯ_２を吸着させるための吸着時間は、吸着剤の再生時間の９倍長い時間である。

[0033]多孔質モノリスの使用が好ましいが、モノリスの代わりに、多孔質粒子の固定ベッドまたはフレーム内に支持された顆粒状材料を使用することも実現可能であることが理解されるものとする。いずれのケースにおいても、多孔質基板は、ＣＯ_２のためのアミン吸着剤を支持しており、その場合、ベッドは吸着剤を支持するためのモノリスと同じ表面積を有する。

機械的な必要条件
[0034]図１〜４、１１および１２は、システムの基礎的な操作概念を示す。それぞれ十角形のアセンブリの配列で配置された１０個の「モノリス」２１、２２が存在し、これらは、円形のトラック３１、３３上に移動可能に支持されている。各プロセスユニットに連結された２つの円形／十角形のアセンブリＡ、Ｂが存在し、それらは相互作用している。空気は、誘引通風ファン２３、２６によってモノリス２１、２２のそれぞれを通過し、ここで誘引通風ファンは、十角形のアセンブリそれぞれの半径方向内側に配置されており、空気の流れを各モノリスの内部の円周表面から外に誘引して、システムから放出させる。トラック３１、３３に沿った１つの配置において、モノリス２１、２２は、シール可能な再生ボックス２５、２７に隣接しており、そこに、トラックの周りを１回転し終えた後の再生処理のためにモノリス２２、２２が挿入される。

[0035]したがって、図１および２で示されるように、第一のベッド２１は再生ボックス２５の真下の位置まで回転し、次いで処理のためのボックス２５へと上向きに垂直に移動する；または図４のようにボックス２７が下の階層に配置されている場合、ベッド２２は、処理のためのボックス１２７へと下向きに垂直に移動する；またはアセンブリが同一階層上にある場合、アセンブリが回転して、モノリスの全てについてトラックに沿った移動が止められるときにベッド２１、２２が適所にくるように、ベッド２１、２２をボックス２７から外に移動させる。ベッド２１が再生されたら、ベッド２１は移動してトラック上に戻り、次のベッド２１−２、２２−２が適所にくるようにベッドアセンブリが回転する。次いでベッド２は処理のためのボックスに移動し、次いでリングに戻る。このプロセスは継続的に繰り返される。十角形のモノリスはそれぞれわずかに異なる時間でそれらのボックス中におよびそれから外に移動するが、２つのリングアセンブリは一緒に作動して、以下で説明されるように、例えばボックス２５とボックス２７との間で、一方における再生が完了したときに熱の移行が可能になり、他方のボックスの予熱をもたらす。これは、再生開始時における熱を節約し、再生後にベッドを冷却するコストを低下させる。

[0036]再生ボックス２５、２７に関する３つの配置を示す。図１および２において、再生ボックス２５、２７は、回転ベッドアセンブリの上に置かれ（基準の階層で）、モノリスは、再生のためのボックスに向かって上に垂直に移動する。ボックスにとって必要な唯一の上昇される構造が、片持ち構造で回転式モノリスの上に配置される。

[0037]図３および４において、ボックス１２５、１２７は、下の階層で回転ベッドアセンブリの下に配置されている。ボックスは、メンテナンスとプロセス配管のための十分なアクセスを有する単一のくぼみの中に配置されると予想される。ベッドは、ボックスに向かって垂直に下向きに移動する。

[0038]図１１および１２において、再生ボックス３２１、３２７は、回転ベッドアセンブリと同一階層上に配置されている。メンテナンスとプロセス配管のための十分なアクセスを有するボックスも同一階層上に配置されると予想される。ベッドがボックス中の適所まで回転したときにボックス３２２、３２７がシールされるように、好適な互いにシールする表面が、ボックス上および各ベッド上に配置されると予想される。

[0039]全てのケースにおいて、好ましくは、補助的な装置（例えばポンプ、制御システムなど）が、回転ベッドアセンブリ２９、３９を支持するトラック円周内の階層に配置されると予想される。再生ボックスは、本発明の概念から逸脱しない特定の状況において、異なるレベルで配置されてもよい。

[0040]これらの設計は、従来技術における先の開示された機器と比較して、以下の通りであると考えられる。
■ 構造用鋼を最小限にする；
■ 全ての主要な装置が、格納容器として唯一作用する再生ボックスから離れた階層レベルに置かれる；
■ ボックスがトラックと異なるレベルにある場合にモノリスへの空気流に干渉しないことを確実にする；
■ 例えば１０個のモノリスのグループのそれぞれにつき単一のボックスへの挿入のためのモノリスの垂直移動装置が、１つのみ必要であるかまたは必要ない；
■ ボックス中へのおよびそれから外へのベッド移動に必要な時間が、特にボックスが同一階層上にある場合、最小限になるかまたはゼロになる；
■ 全ての配管を固定位置に置くことが可能になる；および
■ ２つの再生ボックスを、効率向上にとって望ましい熱交換を許容する最小のクリアランスで互いに隣接させることが可能になる。

[0041]必須の機構および出力を備えた必要とされる機械的操作は、以下を包含する。
■ ２セットのベッドアセンブリを、支持構造上の円形のトラックの周りで回転させる。
■ 再生ボックス中へのおよびそれから外へのモノリスの自由な移動が確実になるようにモノリスが止められると予想される位置を正確に決定するための要素を正確に配置する。
■ トラック上のベッドアセンブリからベッドを除去し、再生ボックスにベッドを挿入し、再生ボックスからベッドを除去し、トラックアセンブリ上のその位置にベッドを再挿入する。これらの移動の全ては、垂直方向で、またはその代わりにトラック上での水平の回転移動の一環として起こる。モノリスおよび再生ボックスは、垂直移動可能なモノリスの場合、各モノリスの上部または底部とボックスの支持構造との間に気密シールが存在するように設計される。図１０に、このようなシールのいくつかの概念設計の例を示す。

[0042]全てのケースにおいて、図１〜６を参照すると、ベッド２１−１（リングＡ）が適所まで回転し、次いで処理のためのボックス２５へと上下に移動する。ボックス２５（ベッド２１−１のリングＡを含有）中の圧力は、例えば真空ポンプ２３０を使用して０．２ＢａｒＡ未満まで低減される。ボックス２５は、大気圧で、ライン２３５を介して水蒸気により加熱され、ベッド２１−１からＣＯ_２が生成し、ＣＯ_２および凝縮物のための出口配管２３７を介してボックス２５から除去され、ＣＯ_２および凝縮物は、コンデンサー２４０で分離される（図５Ａ）。次いでベッド２２−１（リングＢ）は、ボックス２５を上記したように処理しながら、ボックス２７（リングＢ）中に置かれる（図５Ｂ）。ボックス２５への水蒸気供給が止まり、ＣＯ_２および凝縮物のための出口配管が遮断される。ボックス２５およびボックス２７は、接続配管１２５におけるバルブ１２６を開くことによって接続される（図５Ｃ）。

[0043]ボックス２７中の圧力は、ボックス２７に連結された真空ポンプ３３０を使用して低減される。それにより、両方のボックスにおいてシステム圧力が低くなり、ボックス２５中に残存する水蒸気および不活性物質がボックス２７を介して、次いで真空ポンプに引き出される。それにより、ボックス２５（したがってベッド２１−１のリングＡ）がより低温（すなわちボックス中の水蒸気分圧における飽和温度）に冷却され、ベッド２１−１が空気流中に戻されたときに吸着剤の酸素による非活性化の可能性が低減される。またこのプロセスは、ボックス２７（したがってベッド２２−１のリングＢ）も周囲温度からボックス２５０中の水蒸気分圧における飽和温度まで予熱する。このようにしてエネルギーが回収されたことから、第二のボックス２７（およびベッド２２−１のリングＢ）を加熱するのに必要な大気圧の水蒸気の量が低減される（図５Ｄ）。真空ポンプ３３０がボックス２５および２７中の圧力を低くするため、第一のボックス２５の温度が（約１００℃からやや中程度の温度に）低減され、第二のボックス２７の温度が（周囲温度から同じ中程度の温度に）高められる。ＣＯ_２および不活性物質は、真空ポンプ３３０によってシステムから除去される。

[0044]第一のボックス２５と第二のボックス２７との間のバルブが閉じられ、ボックスが互いに遮断される。ベッド２１−１のリングＡはここで、ベッドが空気流中に戻されたときに吸着剤の酸素による非活性化が懸念される温度未満に冷却される。第二のボックス２７およびベッド２２−１のリングＢが予熱されたことから、ボックスおよびベッドを加熱するのに必要な水蒸気の量が低減される（図５Ｅ）。次いでベッド２１−１のリングＡがベッドアセンブリに上げ返される。リングＡのベッドアセンブリが１ベッド分だけ回転し、次いでベッド２１−２のリングＡがボックス２５に挿入され、そこでそれは予熱の準備をする。ボックス２７が大気の水蒸気で加熱され、ストリッピングされたＣＯ_２が収集される（図５Ｆ）。

[0045]第二のボックス２７（ベッド２２−１のリングＢを含有する）が完全に再生されたら、ボックスＢへの水蒸気供給が遮断され、ＣＯ_２および凝縮物のための配管がバルブ２４１、２４２を使用して遮断される。第一のボックス２５と第二のボックス２７との間のバルブ系統１２６が開かれ、ボックス２５、２７中の圧力が、ボックス２５のための真空ポンプ２３０システムを使用して低減される。第二のボックス２７（したがってベッド２２−１のリングＢ）の温度が低減される（上記５を参照）。第一のボックス２５（ベッド２１−２のリングＡを含有する）の温度が高められる（上記５を参照）（図５Ｇ）。真空ポンプ２３０が、ボックス２５、２７中の圧力を低くする。ボックス２５の温度が（約１００℃からやや中程度の温度に）低減される。ボックス２７の温度が（周囲温度から同じ中程度の温度に）高められる。ＣＯ_２および不活性物質は、真空ポンプ２３０によってシステムから除去される。ベッド２２−１のリングＢがリングアセンブリに上げ返され、アセンブリが１つのベッドを回転させる。次いでベッド２２−２のリングＢがボックス２７に挿入される。ボックス２５（ベッド２１−２のリングＡを含有する）が大気の水蒸気で加熱されて、ＣＯ_２を放出し、吸着剤を再生する（図５Ｈ）。次いでボックス２７の予熱が上述したように起こる。十角形が何度も回転する際にこのプロセスがベッドの全てに繰り返される。

設計パラメーター
[0046]システムの設計に関する現行基準は以下の通りである。
（移動させようとする個々のモノリスの重量：支持構造を含む）1500〜10000ｌｂ
（ベッドのおよそのサイズ）幅：５〜６ｍ、高さ：９〜１０ｍ、深さ：０．１５〜１ｍ
[0047]注目すべきことに、ベッドの寸法は、システム対それぞれの地理的配置での特定の条件、および望ましい、または到達可能な処理パラメーターに応じて調整することができる。

[0048]十角形のリングのそれぞれに１０個のモノリスを包含するシステムの場合、好ましい円形／十角形構造の外形寸法は、約１５〜１７メートル、好ましくは約１６．５メートルと予想される。モノリスの支持構造は、例えばトラックに沿った電気モーターおよび駆動輪によって個々に駆動させることができ、または支持構造は、トラックに沿った特定の配置と、トラックおよび閉ループ周りの構造の全てを駆動させるのに使用される単一の大きいモーターとに固定することもできる。いずれかのケースにおいても、再生ボックスがある配置に置かれ、支持構造の１つが再生ボックスに移動されるように置かれたときに、構造の全てがそれらの移動を止めることができる。単一の駆動モーターもしくはエンジンまたは複数の駆動モーターもしくはエンジンの経済性は、多くの要因、例えば配置や、駆動が、電気モーターによって達成されるのか、または何らかの燃料で駆動するエンジンによって達成されるのかによって左右されると予想される。駆動ユニットの性質そのものは本発明の特徴ではなく、いずれも当業者周知である。好適なエンジンの例としては、内燃もしくは外燃機関、または例えばスターリングエンジンサイクルを使用して作動するガス圧駆動エンジン、またはプロセス蒸気エンジン、または油圧もしくは空気圧エンジンが挙げられる。

[0049]再生ボックスがトラックレベルの上に配置されている場合、上部は、トラックの階層の約２０メートル上であると予想され、再生ボックスがトラックの階層より下に配置されている場合、ボックスの上部は、トラックの階層の真下であると予想される。同一階層上のボックスを必要最小限だけモノリス上部より高くすることで、再生中にボックス内にモノリス全体が収容されるようになる。

[0050]再生ボックスが同一階層上にない場合、再生ボックス中におよびそれから外にモノリスを移動させるためのエレベーターシステムは、３０秒から１２０秒の範囲内の期間で、好ましくは３０から４５秒の間でボックス中へおよびそれから外への移動を達成できると予想される。期間が短いほど、プロセスに利用可能なプロセスパラメーターにおけるフレキシビリティーはより大きくなる。大型のモノリスの移動には、特定の固有な機械的制限があることが認識されている。再生ボックスが同一階層上にある場合の利点の１つは、その回転移動およびシールの一環としてモノリスを単にボックスへと回転させればよいため、垂直移動を必要としないことである。したがって垂直移動、時間の損失およびエレベーターの追加の資本コストが回避される。それぞれのケースにおいて、ベッドの２つのエッジは固く、再生ボックスのエッジとシールを形成する。

操作および設計の詳細
[0051]このセクションは、以下のサブセクションに分割される：
（セクションｉ） 全体的なシステム設計およびエネルギー回収のための気化器システムの使用の説明
（セクションｉｉ） 簡易ＰＦＤを包含するプロセスの説明および装置の主要項目の説明
（セクションｉｉｉ） 概念の機械的な設計
（セクションｉｖ） 最終的な最適化された設計に到達するためにより詳細に試験する必要がある問題
考察
ｉ．ＣＯ _２ 吸着および除去プロセス
[0052]本発明のプロセスにおいて、ＣＯ_２は、空気または空気と流出ガスとの混合物を吸着剤のベッドに通過させることによって大気から吸着され、好適な吸着剤としては、好ましくはアミンが挙げられ、好ましくは少なくとも吸着剤上の大部分のアミン基が第一アミンであるポリアミンが挙げられる。ＣＯ_２が吸着剤に吸着されたら、ＣＯ_２は、吸着剤からストリッピングされ収集され、同時に吸着剤が再生される。この工程は、シールされた格納ボックスまたは再生ボックス中で吸着剤を水蒸気により加熱することによって行われる。それにより、ＣＯ_２が放出され、吸着剤が再生される。ＣＯ_２が収集され、次いで吸着剤は、大気からＣＯ_２を再吸着するのに利用可能になる。このプロセスにおける制限パラメーターは、高すぎる温度で空気に晒される場合に吸着剤が再活性化される可能性があることである。したがって、通常、吸着剤を空気流に戻して接触させる前に、吸着剤を冷却する必要がある。これは、本発明に従って、ＣＯ_２放出後に再生ボックス中に残存する水蒸気と水が蒸発するようにシステムの圧力を低くし、その新しい低減された分圧でシステムが水蒸気の飽和温度に冷却されることによって達成される。さらに、後述するように、このプロセスで放出された熱は、ＣＯ_２がローディングされた吸着剤のベッドを予熱するのに使用されることから、およそ５０％の顕熱の回収を提供もたらし、エネルギーおよび水の使用に有益な影響を与える。この概念は、酸素抵抗性吸着剤が利用される場合であっても、吸着剤とモノリス基板の有効寿命をさらに延長するのに有用である。

[0053]一般的に、吸着剤による空気からのＣＯ_２の吸着には、再生工程におけるＣＯ_２の放出に必要とされる時間より長い時間が必要である。現行の吸着剤再生法を用いれば、この差は、吸着工程で、ＣＯ_２放出および吸着剤再生に必要な吸着期間のおよそ９倍長い吸着期間を必要とすると予想される。したがって、現行基準として、１０個のモノリスと単一の再生ユニットとを有するシステムが採用されてきた。ＣＯ_２放出および吸着剤再生に必要な吸着期間と比較して、吸着工程におよそ５倍しか長くない吸着期間を有すると予想されるシステムで吸着剤が作動中の場合、システムに必要なモノリスの数は、各再生ボックスにつき、例えば、５個のモノリスに対応するのに１つの再生ボックスまで少なくすることができる。これもまた、処理されるガス混合物中のＣＯ _２ 濃度、およびあらゆる特定の吸着剤ごとの脱離期間によって左右される。

[0054]上記で論じられたように、再生された吸着剤のベッドは、好ましくは、それが空気に晒される前に、空気中の酸素による起こり得る非活性化が回避されるように冷却される。本発明によれば、この冷却は、再生が起こった後に再生ボックス中のシステム圧力を低くすること、したがって水蒸気の飽和温度を低くすることによって達成される。本発明によれば、これは、減圧工程中に再生されたモノリスから除去された有意な量のエネルギーを、ＣＯ_２がローディングされた吸着剤を含有する第二のベッドに、その脱離工程の前に移す方式で達成され、このようにしてＣＯ_２を放出して吸着剤を再生するために第二のベッドを加熱するのにエネルギーの一部が供給される。この１つの再生ボックスから第二の再生ボックスへの熱伝達は、モノリスベッドを加熱するのに単に新しい水蒸気を供給するのにかかる運転費用を低減する。第二のボックスに関する残りの熱の役割は、大気の水蒸気を添加することによって達成されるが、より少量で済むため、コストが節約される。このプロセスは、２つのボックスのそれぞれにおいて代替のモノリスでも繰り返され、システムの全体的な熱効率を改善する。この概念は、図１〜６、１１および１２に示される。

[0055]これらの図面で示されるような好ましい実施態様では、十角形の配列で配置され、円形のトラック上に配置されている１０個の「モノリス」が存在する。各プロセスユニットに連結された２つの円形／十角形のアセンブリが存在し、それらは相互作用している（図１および図５Ａ〜５Ｈを参照）。空気は、好ましくはモノリスの半径方向内側表面の反対側に配置された誘引通風ファンによってモノリスを通過する。１つの配置において、モノリスはボックスに隣接しており、そこに、処理のためのベッドをトラックから垂直に移動させることによって示された通りにモノリスが挿入される（すなわち、そこでそれらが水蒸気により加熱されて、吸着剤からＣＯ_２が放出され吸着剤が再生される）。その代わりに、モノリスが単にトラックに沿って再生ボックス１に移動するか、またはトラックから外側に向かってボックスに、かつ同一階層上で移動するように、ボックスが同一階層上にあってもよい。後者の方法は、ベッドの移動に使用されるエネルギーを低減し、それと同時に２つの再生ボックスを互いに近接して隣り合って配置させることができる。

[0056]したがって、上記で定義したような図１〜４および１１〜１２のシステムに関する基礎的な操作工程は、以下の通りと予想される：
１． 図１〜４および５において、１回完全回転した後のベッド２１−１（リングＡ）を適所まで回転させて、次いで処理のためのボックス２５に例えば垂直に移動させる。
２． 図５Ａ〜Ｈにおいて、ボックス２５（ベッド２１−１（リングＡ）を含有する）は大気圧で水蒸気により加熱され、生成したＣＯ_２が除去される。
３． ボックス２７中にベッド２２−１（リングＢ）が置かれ、それと同時にボックス２５が処理されて、吸着剤が再生される。
４． ボックス２５への水蒸気供給が止まり、ＣＯ_２および凝縮物のための出口配管が遮断される。ボックス２５およびボックス２７は、接続配管１２５でバルブを開くことによって接続される。
５． ボックス２７中の圧力は、ボックス２７に連結された真空ポンプ３３０を使用して低減される。それにより、両方のボックスにおいてシステム圧力が低くなり、再生されたボックス２５中に残存する水蒸気および不活性物質が他のボックス２７に、次いで真空ポンプ３３０に引き出される。それにより、再生されたボックス２５（したがってベッド２１−１のリングＡ）がより低温（すなわちボックス中の水蒸気分圧における飽和温度）に冷却され、それが空気流中に戻されたときに吸着剤の酸素による非活性化の可能性が低減される。またこのプロセスは、ボックス２７（したがってベッド２２−１のリングＢ）も、その吸着後の温度からボックス２７中の水蒸気分圧での飽和温度まで加熱する。このようにして再生されたボックス２５からエネルギーが回収されたことから、ボックス２７（したがってベッド２２−１のリングＢ）を加熱するのに必要な大気圧の水蒸気の量が低減される。
６． ２つのボックス２５、２７間のバルブ１２５が閉じられ、ボックスが互いに遮断される。ベッド２１−１のリングＡはここで、ベッドが空気流中に戻されたときに吸着剤の酸素による非活性化が懸念される温度未満に冷却される。第二のボックス２７およびベッド２２−１のリングＢが予熱されたことから、ボックスおよびベッドを加熱するのに必要な水蒸気の量が低減される。
７． 次いでベッド２１−１のリングＡを垂直に移動させて十角形のトラックアセンブリ上に戻す。ボックス２７が大気の水蒸気で加熱され、ＣＯ_２が収集される。リングＡのベッドアセンブリが１ベッド分だけ回転し、次いでベッド２１−２のリングＡが再生ボックス２５に挿入され、そこでそれは予熱の準備をする。図５Ｈ。
８． ボックス２７（ベッド２２−１のリングＢを含有する）が完全に再生されたら、ボックス２７への水蒸気供給が遮断され、ＣＯ_２および凝縮物のための配管３３７がバルブを使用して閉じられる。ボックス２５と再生されたボックス２７との間のバルブが開かれ、ボックス２７、２５中の圧力が、ボックス２５のための真空ポンプ２３０を使用して低減される。ボックス２７（したがってベッド２２−１のリングＢ）の温度が低減される（上記５を参照）。ボックス２５（ベッド２１−２のリングＡを含有する）の温度が高められる（上記５を参照）。
９． ベッド２２−１のリングＢがベッドアセンブリに上げ返され、アセンブリが１つのベッドを回転させる。次いでベッド２２−２のリングＢがボックス２７に挿入される。ボックス２５（ベッド２１−２のリングＡを含有する）が大気の水蒸気で加熱されて、ＣＯ_２を放出し、吸着剤を再生する。

[0057]「ベッド」への言及は、モノリスの基板と、同じサイズの体積内に保持された封入された微粒子ベッドとの両方を包含することが理解される。
[0058]このプロセスは継続的に繰り返され、十角形のモノリスはそれぞれわずかに異なる時間でそれらのボックス中におよびそれから外に移動するにもかかわらず、初期に再生されたボックスの冷却からの熱が、その後のモノリスが適所にある場合にその後のボックスを予熱するように、２つのリングトラックアセンブリは一緒に作動する。

[0059]図１および２において、ボックスは、回転ベッドアセンブリ（これは、基準の階層に配置されている）の上に置かれ、モノリスは、ボックスに向かって上方に移動する。ボックスにとって必要な唯一の上昇される構造が、片持ち構造で回転式モノリスの上に配置される。

[0060]図３および４において、ボックスは、下の階層で回転ベッドアセンブリの下に配置されている。ボックスは、メンテナンスとプロセス配管のための十分なアクセスを有する単一のくぼみの中に配置されると予想される。

[0061]図１１および１２において、その機構での追加の垂直移動が必要なくなるように、ボックスは、同一階層上に、好ましくはトラックの上に配置されている。その代わりに、同一階層上の再生ボックスは、十角形から外側に配置させて、トラックから放射状に移動させることができる。

[0062]いずれのケースにおいても、補助的な装置（例えばポンプ、制御システムなど。セクション２を参照）は、回転ベッドアセンブリの半径方向内側の同一階層に配置されると予想される。

ｉｉ．プロセス装置および制御
[0063]図６は、提唱されているシステムの一般的な設計を示している。
■ 単一のシステム中に、一体化された２つの十角形が存在する。したがって単一のシステムは、２０個のモノリスを含有する。
■ 各十角形につき９つのファン設備がある（モノリスがボックスに挿入されているときは、その配置でファンのセットはない）。現時点では、上述したサイズの、すなわち高さ１０メートルおよび幅５メートルの各ベッドに連結された、２つの垂直にアレンジされた軸流ファンが存在することが好ましいと予想される。したがって、単一のシステムの場合、２×１８＝３６個の軸流ファンが存在すると予想される。しかしながら、ファンの数およびサイズの選択は多くの要因に左右される。
■ 十角形１つ当たり９つのファンはそれぞれ、固定されている（すなわちそれらはベッドと共に回転しないと予想される）。好ましくは、モノリスの周りを空気が迂回することを最小限にするために、フレキシブルな端部シールを有する壁などのシールシステムが各ファンに提供される。モノリスは連続的に移動しないが、１つのベッドが再生ボックスの配置に到達すると止まり、次いでそのベッドが再生ボックスを離れるときに再スタートすることが理解される。ベッドが再生ボックスに入るとき、各ベッドがファン設備の反対側に配置され、ファン設備でシールされるように、固定ファンが配置されている。その代わりに、ファンは、回転ベッド構造に取り付けられ、ベッドと共に固定されていてもよい。そのケースにおいて、ファンの数は、単一のシステム当たり２×２０＝４０個の軸流ファンに増加すると予想される。（セクション３を参照）。
■ 単一の二重のトラックリングシステム中に２つの再生ボックス２５、２７が存在し、各ボックスが十角形の１つに対応する。
■ モノリスのサイズは画一化されない。初期の見積り通り、各ベッドは幅５メートル×高さ１０メートル×深さ１メートルと仮定されるものとする。この初期のサイズは、経済分析および他の要因に基づき改変してもよい。
■ 図６には主要なバルブ系統のみが示されているが、当分野において周知の安全な商業的稼働のために追加のバルブ系統、機器、配管および制御が必要である。

[0064]再生およびベッドからのＣＯ_２放出中、大気圧および１００℃〜１２０℃の温度の水蒸気が、ベッドを含有する再生ボックス２５、２７に直接供給される。水蒸気の作用は、ベッドおよびボックスを加熱し、ＣＯ_２を放出して、凝縮物を生産することである。凝縮物は除去されて収集システムに送られる。ＣＯ_２は、ＣＯ_２ブロワー２２５、２２７の作用によって、一部の水蒸気および不活性物質と共にボックスから除去される。ボックスからの排気流は、熱交換器（コンデンサー）２４０を通過し、ここで排気流は冷却され、さらなる凝縮物が生産され、この凝縮物は凝縮物収集システム２９１に送られる。最後に、生成物であるＣＯ_２は、ライン２２９を介して送られ、貯蔵および圧縮されるか、または圧縮させずに別のプロセス、例えば藻類成長に直接使用することができる。ＣＯ_２の圧縮は、このプロセスの説明の範囲には包含されない。好ましくは、再生ボックス２５、２７がベッドでシールされた後に、特にＣＯ_２を圧縮させる予定の場合は水蒸気を流し始める前に、再生ボックス２５、２７から空気が少なくとも部分的に引き出される。好ましくは、水蒸気をフィードしてＣＯ_２をストリッピングする前に、シールされた再生ボックス中の圧力が０．２ＢａｒＡ以下に低減される。圧縮コスト削減のために、空気から凝縮不可能なものは可能な限り多く除去されることが好ましい。

[0065]より多くの水が存在すれば、ＣＯ_２生成物の貯蔵に関連する圧縮コストもより高くなると予想されるため、コンデンサー後のＣＯ_２排気流中の水の量を低減することが望ましく、より多くの凝縮物が、上流で除去されなかった場合、圧縮機の段階間の冷却器で除去される必要があると予想される。送られて貯蔵される排気流中に残った水蒸気の量は、利用可能な冷却剤の最も低い温度と取り付けられているコンデンサーのサイズと相関すると予想される。いずれの特定のケースにおけるこれらの値の決定は、圧縮の相対的コスト（資本および運転）、冷却剤温度（例えば周囲空気、冷却水または冷媒を使用するかどうか）および熱交換器の資本コストの経済的評価に基づく。

[0066]正確に設計される場合、コンデンサーも、液体と蒸気流とを分離することができると予想される。しかしながら、蒸気流がＣＯ_２ブロワー２２５、２２７を送られる前に液体と蒸気流とを分離するために、ノックアウトドラムまたは類似のタイプのユニットが必要な場合がある。

[0067]ＣＯ_２ブロワー２２５、２２７は、液体リングポンプであってもよい。このタイプのユニットが選択される場合、入ってくるフィード中の液体凝縮物を取り扱うことが可能になると予想され、凝縮物は、液体リングシステムから排除されて、凝縮物貯蔵のために送られる。液体リングタイプのポンプユニットが使用されない場合、ブロワーに入る蒸気流が有意な量の液体を含有しないことを確実にするための追加の工程が必要になる可能性がある。それゆえに、ＣＯ_２ブロワーに使用されるユニットのタイプの選択は、上流の装置の設計に影響を与える可能性がある。

[0068]再生工程が完了したら、全てのバルブ系統は閉じられ、したがって両方のボックスが遮断される。次に、ＣＯ_２放出および吸着剤再生工程をちょうど終えたボックスおよびベッドを冷却して、周囲温度にある他のボックスおよびベッドを予熱するために、以下の工程が行われる。
■ ボックス間の遮断バルブ１２６が開かれる。
■ 周囲条件でベッドに連結された真空ポンプ２３０、３３０が作動する。
■ 真空ポンプの作用は、水蒸気（初期には、例えば大気圧およびおよそ１００℃）をＣＯ_２生産およびベッド再生を終えたボックス（「熱い」ボックス）から、周囲温度のボックスに引き出すことである。より低い圧力は、水蒸気分圧を低減させて水蒸気の飽和温度を低減させることにより、熱い再生されたボックスおよび再生されたベッドを、再生後における初期の温度より実質的に低い温度、すなわちおよそ１００℃に冷却すると予想される。蒸気および水蒸気が「熱い」ボックスおよびベッドから引き出されるにつれて、この流れは、ボックスの壁および吸着剤のベッドのチャネルの内部での水蒸気の凝縮により、第二のボックスおよびベッド（初期には周囲温度）を加熱し始めると予想される。真空ポンプの作動が続くにつれて、両方のボックス中の圧力が減少し、最終的な圧力（この例においてはおよそ０．２ＢａｒＡ）に達する。この時点で、両方のボックスおよびそれらのモノリスは、およそ同じ温度（この例においてはおよそ６０℃）にあると予想される。したがって「熱い」ベッドは、さらなるＣＯ_２吸着のために空気流に戻されたときに、空気中の酸素の存在によっていかなる有意な程度にも吸着剤が不活性化されないと予想される温度に冷却されている。同時に、周囲温度にあるベッドに、吸着剤からのＣＯ_２ストリッピングおよび吸着剤の再生のためにその温度をおよそ１００℃に上げるのに必要な熱のうち相当な割合が供給される。組み合わされたボックスが到達すると予想される最終的な圧力は、酸素の存在下における吸着剤への温度制限によって決定される。
■ 両方のボックス２５、２７において規定の圧力レベルに達したら、真空ポンプ２３０、３３０は止められ、ボックス間の遮断バルブ１２６は閉じられ、再生ベッドは大気圧に戻される。
■ 冷却されたベッドは、リングトラックアセンブリに戻され、このアセンブリは次のベッドがボックスに入る位置に移動するまで回転し、次いで回転が止まる。
■ その間に、およそ６０℃に予熱された第二のボックス２５、２７および第二のボックスにおけるベッドに大気圧の水蒸気が供給され、ＣＯ_２ 除去および吸着剤再生のために１００℃に加熱される。ＣＯ_２、水蒸気および不活性物質は、そのボックスに連結されたＣＯ_２真空ブロワー２２５、２２７によって除去される。（上記の文章および図６を参照）。
■ 次いでプロセスが継続的に繰り返され、ボックス２５、２７を交互に再生する。

[0069]単一のＣＯ_２ブロワーおよび単一のＣＯ_２真空ポンプのみを、再生ボックスの各対、各ボックスごとの別々のブロワーおよびポンプ、または中央のシステムに使用することも可能であり、すなわち、単一のＣＯ_２真空ポンプ２３０、３３０および単一のＣＯ_２ブロワー２２５、２２７を使用して、複数のシステム対に対応することができる。

[0070]図１および２は、概念的な機械設計を示しており、この設計は、各システムに２つの十角形を有し、ボックスにまたはボックスからベッドが上昇し、ここでボックスは、円形のトラックシステム上に配置され、片持ち構造の構造用鋼によって支持されている。図３および４は、ボックスが下の階層で単一のくぼみの中に配置され、ボックスがボックスに下されることを除いては、類似の概念を示す。また、同一階層上にボックスを有し、リングを回転させて、再生ボックス中でベッドがシールされたら止めることにより、各ベッドを単に回転させるだけでボックスでシールされた関係にすることも実現可能である。

[0071]図７Ａは、誘引通風軸流ファンのためのファン支持体システムの概念設計を示す。ベッドの各エッジから表面のシール１３６に沿ってファンの半径方向内側の配置に延びる垂直壁３８があり（図７Ａに、このような壁の１つのみを示す）、このような壁は、断面で示されるように、ベッドのエッジ、加えて垂直壁間に延びる上部および底部表面３６、３７と接触しており、ベッド２１、２２の周りの空気の迂回を防ぐと予想され、ファン２６は固定位置のままである。好ましくは、壁３８のそれぞれならびに上部表面３６および底部表面３７には、エラストマーバンパー１３６が備え付けられており、これは、ベッド２２の前部とは接触しないが、ベッド２１が空気捕獲位置に完全に回転したらベッドのエッジに押し付けられると予想される。

[0072]図７Ｂは、ファン３２６がそれらに連結されたモノリス２１と共に回転する場合の概念設計を示す。これは、ファン支持構造がリング回転システムの一部であることを必要とすると予想され、モノリスを回転させるのに必要な出力、特に回転を開始させるのに必要な初期トルクを増加させると予想される。この選択肢は、シールが永続的であり、移動する必要がないと予想されることから、ベッドの周りの空気の迂回をなくすと予想される。

[0073]図８Ａ、Ｂおよび図９は、ファン３２６およびプレナム４２５の概念的な配列であり、ベッドの高さが１０メートルである場合、ベッド１つ当たり２つのファンを使用して、モノリスを通過する空気の均等な分布を確実にするために採用することができる配列を示す。

[0074]モノリスがボックス中へとおよびそれから外に移動することを確実にするための位置決定システムに必要であると予想される機械的操作は、詳細には、以下を包含する。
■ ２セットのベッドアセンブリを、支持構造上の円形のトラックの周りで回転させる。
■ 再生ボックス中へのおよびそれから外へのモノリスの自由な移動、さらにファンが固定されている場合、空気誘導壁およびシールとシール可能な関係へのおよびそれから外へのモノリスの自由な移動が確実になるようにモノリスが止められると予想される位置を正確に決定する。
■ ベッドアセンブリからベッドを除去し、再生ボックスにベッドを挿入し、ボックスからベッドを除去し、円形のトラックアセンブリ上にベッドを再挿入する。ここでベッドは、垂直に移動されるものとする。再生ボックスが同一階層上にある場合、ベッドを除去することは必要ないと予想される。

[0075]モノリスは、空気がベッドを通過する位置にあるとき、モノリスとボックス内部との間、およびベッドとファン支持構造との間に気密シールが存在するように設計されるべきである。図１０は、上および下の再生ボックス（図１０Ａ）の位置または再生ボックス（図１０Ｂ）のいずれかでベッドをシールすると予想される隣り合った先細のシールシステムに関する概念設計を示す。図１０Ｃに、立面図を表する。

[0076]各ベッドのフレームに、それぞれ再生ボックス中のチャネル１５０と一致する２つのシールシステムが隣り合って取り付けられる。一方のチャネルは、ボックス中であり、他方のチャネルは、空気流からＣＯ_２を除去するためにベッドが配置されているリングアセンブリ中である。

[0077]シールが通過すると予想されるチャネル１５０もそれぞれ先細である。上向きに挿入される場合、使用されるシールは、チャネルと比較して上部で狭く、チャネルは、シールと比較して底部で広い。それにより、チャネルに挿入しようとするシールに対する許容度が生じ、チャネルにシールがスライドしてシールすることとなる。またシールがスライドするチャネルも、シールの先細形状に一致するように先細である。ベッドが上昇するにつれて、チャネルとシール間のギャップも狭くなる。この両方は次第にベッドを正しい配置で中心に集め、同様にシールとチャネル間のギャップも次第に小さくなる。完全に上昇したら、シールおよびチャネルは上から下まで同じ幅になり、シールがチャネルにしっかりとはまることによりシールをもたらし、ベッドは、正しい位置に正確に配置される。

[0078]下向きに挿入される場合、底部で狭い他のシールが使用され、それにより、より低い位置で先細のチャネル（シールと比較して広く、シールと同じ先細形状を有する）に挿入しようとするシールに対する許容度をもたらし、その位置内でシールがスライドしてシールすることとなる。上方向でのシールの操作の場合と同様に、シールと先細のチャネル間のギャップは、ベッドが適所に移動するにつれて小さくなり、ベッドを中心に集めて、必要なシールをもたらすと予想される。加えて、ベッドの底部とトラック上の再生ボックスの底部との間に合わせたシールや、図３および４で示されるようにボックスがトラックより下にある場合、ベッドの上部と再生ボックスの上部に合わせたシールもある。図１１〜１２で示すように再生ボックスが同一階層上にある場合、シールのためのベッドのエッジまたは側面がある。

[0079]ベッドの上下いずれかの垂直移動のためのエレベーターシステムを設計する際、重量約１０，０００ｌｂであり、トラックとボックスとの間の寸法が５ｍ×１０ｍ×１ｍであるモノリスの場合、ベッドの垂直移動に望ましいおよその期間は、３０秒から１２０秒である。この期間が短いほど、プロセス開発に利用可能なプロセスパラメーターにおけるフレキシビリティーはより大きくなる。その結果として、同一階層上にある再生ボックスはいくつかの利点を有する。

４．１ 吸着剤の特性およびベッドの厚さ
[0080]上記の具体的な寸法および他の数値パラメーターは、吸着剤として目下一般的なポリエチレンエチレンアミン（「ＰＥＡ」）の使用に基づくことが理解されるものとする。より迅速に吸着し、および／または高温で酸素の作用を受けにくい改善された吸着剤が実使用される場合、例えば、寸法および操作温度、加えて再生ボックス１つ当たりのベッドの数、ならびにトラックの周りのベッド速度を変更することができる。

[0081]現時点で、現行の吸着剤のベッド構造および設計に使用される表面の気流速度（空のダクト中で２．５ｍ／秒）がベッドに応じた規定の深さ（空気流方向で）をもたらすと仮定すると、吸着剤のベッド（これは通常、表面上にＰＥＩが存在する多孔質シリカまたはアルミナ基板である）を介した圧力の下降は、好ましくは、１インチＨ_２Ｏに限定される。これは順に、ボックスの深さに影響を与える。仮定の圧力下降、ベッド多孔率、チャネルサイズ、表面の気流速度は全て、吸着剤および／または基板の変更に伴い、吸着剤の性能に関連して異なる好ましいベッド深さになるように改変することができる。改善されたシステムの１つは、第一アミンポリマー、例えばポリ（アリル）アミンまたはその誘導体の１種がその表面上にコーティングされたアルミナコーティングシリカから形成された基板を使用することによって達成される。

４．２ 最小の設計圧力−再生ボックス
[0082]選択された最小の設計圧力の最も重要な作用は、吸着剤モノリスを加熱するために使用されるボックスのコストに向けられると予想される。最小の設計圧力は、吸着剤が空気流中の酸素に晒されると吸着剤の有意な非活性化が起こる温度未満にベッドが冷却されるように水蒸気の飽和温度を達成すること（最小の設計圧力におけるボックス中の水蒸気分圧で）に基づき選択される。圧力が低いほど、プレートはより厚く、ボックスに必要な剛化構造はより重くなる。現在一般的に利用可能な第一ポリアミン、例えばポリ（アリル）アミンを、好ましくは現行の最小の設計圧力である０．２ＢａｒＡで利用する場合、ボックスは、およそ３ｍ×５ｍ×１ｍのベッドサイズであっても、大きく、重く、高価な装置項目となる必要がある。市販のユニットでは、より大きいベッドを有することが望ましいと予想される。しかしながら、ベッドサイズが増加するにつれて、ボックスの重量およびコストは、ボックス寸法との力関係で（直線的ではないが）増加すると予想される。加えて、最小の設計圧力が高いほど、「冷たい」ボックスをより高温に加熱することができ、必要とされる大気の水蒸気はより少なくなると予想されるため、より大きい熱量の回収が可能になる。したがって、より高い最小の設計圧力（すなわち０．２ＢａｒＡより高い）を使用できることは、より高温で不活性化されないと予想される吸着剤が使用される場合、有意な利点をもたらすと予想される。

４．３ ボックスの構築材料
[0083]再生ボックスが炭素鋼およびステンレス鋼で構築される場合、重く高価な構造になる。他の建設資材としては、例えば、コストに加えて重量も節約できると予想される炭素繊維（または他の人工材料）が挙げられる。

４．４ モノリス中へのおよびそれから外への通気分布
[0084]モノリスを通過する空気流が可能な限り均質であることが必須である。この状況において、空気流を導くための好適に設計されたプレナムを有する誘引通風軸流ファンの使用が有用であり、例えば石油化学による空気冷却器設備と共に使用される。

[0085]通気分布に関する第二の問題は、十角形のシステムにおいてモノリスのサークルから外に通過する空気の速度に関連する。ベッドの高さとその幅の比率に応じて、モノリスの上部によって形成された円形の開口部から上昇する空気のプルーム中の気流速度が高くなる可能性があり、ファンプレナムの設計で考察されるべきである。

４．５ エネルギー回収の可能性を有する単一の出口プレナムの使用
[0086]モノリスのサイズを小さくしようとすれば、モノリス上部の円形の開口部中に水平に取り付けられた単一の極めて大きい軸流ファンを使用する可能性があることが理解される。これは、モノリスを介して空気を引き出し、次いでアセンブリから空気の全てを垂直に移動させると予想される。空気を導き、再循環を防ぐために、ファンの上にプレナムが存在すると予想される。加えて、出口プレナムは、類似のファンおよびプレナム配列を有する冷却塔でなされるように、小規模の圧縮とそれに次ぐ拡張を使用することによって一部のエネルギー回収を達成するように設計されてもよい。移動させようとする空気の量があまりにも多くなる場合、この選択肢は実用的ではないと予想される。

４．６ 中央のＣＯ _２ ブロワーおよび凝縮システムの使用ならびにＣＯ _２ ブロワーの前に必要な凝縮の量
[0087]現行の設計では、ＣＯ_２ブロワー２２５の上流にコンデンサー２４０が存在する。これは、水を除去して、ブロワーへの蒸気の負荷を低減する。その代わりに、単一の中央の凝縮システムを使用することができ、これは、複数のシステム対におけるユニットの全てからのＣＯ_２生成物流の全てを処理すると予想される。これは、システムの複雑さを低減し、コストを低減すると予想される。しかしながら、これに関する不利益は、より高い流速で湿った蒸気流を取り扱うように各ＣＯ_２ブロワーを設計する必要が生じることと予想される。各システムは、最も経済的な選択肢が決定されるように評価されるべきである。

４．７ 中央のＣＯ _２ 真空ポンプの使用
[0088]システムを減圧して、「熱い」再生ボックスから「冷たい」再生ボックスに熱を移動させる間、ＣＯ_２真空ポンプ２３０が使用される。示された好ましい設計において、真空ポンプは、各再生ボックスと連結されている。特定の環境下において、１つのＣＯ_２真空ポンプは、２つのリングシステム中のボックスの両方に対応することができる。加えて、複数のシステムに対応する単一の大きいＣＯ_２真空ポンプを使用してもよい。真空ポンプの数を少なくすることは、システムに関する資本コストを少なくすると予想される。

[0089]好ましくは、液体リングタイプポンプの使用が有利のようであり、これはなぜなら、生産された何らかの凝縮物が液体リングシステムに含有されると、より容易に除去されると予想されるためである。

４．８ ベッドの除去／吸着剤の交換
[0090]吸着剤モノリスは、プロセス寿命中に点検を受ける必要があると予想される。これには、ベッド移動システム（回転および垂直の両方）へのメンテナンス活動、吸着剤の交換およびメンテナンスなどが含まれると予想される。これらの活動は、適所でモノリスに行われてもよいし、またはモノリスをアセンブリから除去することを必要とする場合もある。モノリスの除去は、第二のリフトシステムを取り付けることによって達成され、
それによりアクセスのためにトラックからモノリスを移動させることができる。その代わりに、クレーンを使用して除去されるようにモノリスを設計することができる。他の選択肢も利用可能である。

[0091]前述の開示を考慮すれば、周知であるかまたは周知になると予想され、それ自身は本発明の一部ではないが本発明の実行において有用であると予想される多くの従来の工程および構成要素の使用を包含する、本出願の原理に従ってガス状混合物から二酸化炭素を除去するために複数のベッドシステムを作動させる様々な他の方法が当業者には明らかになると予想されると考えられる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるものとする。

２１、２２ モノリス
２１−１ ベッド
２１−２ ベッド
２２−１ ベッド
２２−２ ベッド
２３、２６ 誘引通風ファン
２５、２７ 再生ボックス
２９、３９ 回転ベッドアセンブリ
３１、３３ トラック
３８ 垂直壁
３６ 上部表面
３７ 底部表面
１２５、１２７ 処理のためのボックス
１２５ 接続配管
１２６ 遮断バルブ
１３６ シール、エラストマーバンパー
１５０ チャネル
２２５、２２７ ＣＯ_２ブロワー
２２９ ライン
２３０、３３０ 真空ポンプ
２３５ ライン
２３７ 出口配管
２４０ 熱交換器（コンデンサー）
２４１、２４２ バルブ
２５０ ボックス
２９１ 凝縮物収集システム
３２１、３２７ 再生ボックス
３２２、３２７ ボックス
３２６ ファン
４２５ プレナム

Claims (21)

1. 二酸化炭素含有ガス混合物から二酸化炭素を除去するためのシステムであって、
   ２つのグループの二酸化炭素除去構造、ここで、各グループ内の各除去構造は、該構造上に支持された多孔質固体基板を含み、各多孔質基板は、その表面上に吸着剤が支持されており、該吸着剤は、二酸化炭素を吸着するかまたは二酸化炭素に結合して、ガス混合物から二酸化炭素を除去することが可能である；
   該除去構造のグループのそれぞれのためのエンドレスループ支持体、ここで、エンドレスループ支持体は、二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒されながら閉曲線に沿って各グループの該除去構造の移動を許容するように配列されている；および、
   それぞれのエンドレスループ支持体に沿ったある場所にあるシール可能な再生ボックス、ここで、この再生ボックス内に該除去構造をシール可能に置くことができ、再生ボックスの中の適所に該除去構造がシールされると、該吸着剤上に吸着された二酸化炭素が該吸着剤からストリッピングされ、捕獲されて、該吸着剤が再生される；
   を含み、
   該除去構造のそれぞれは、ガス混合物からのＣＯ_２の除去が可能になるように該吸着剤が二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒されるような位置に該多孔質基板を支持しており；
   再生ボックスの数に対する除去構造の数は、（ガス混合物からＣＯ_２を除去するための）吸着時間と（該多孔質基板上の該吸着剤からＣＯ_２をストリッピングするための）再生時間との比率によって直接的に決定され、該吸着時間は、該吸着剤においてガス混合物からＣＯ_２を、該吸着剤におけるベースレベルから望ましいレベルまで吸着する時間であり、該再生時間は、該吸着剤における望ましいレベルからベースレベルに戻るまでＣＯ_２をストリッピングする時間である、上記システム。
2. ２つのグループの二酸化炭素除去構造のそれぞれが、１つの再生ボックスおよび５〜１０個の除去構造を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記再生ボックスおよび前記除去構造のそれぞれが、前記再生ボックス内に除去構造が保持されるときに流体密封シールが形成されるような、相互作用する流体シールをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 各再生ボックスと、前記再生ボックス内に除去構造がシールされた後にシールされた再生ボックス内で大気圧を低下させるための排気ポンプとの間に、シール可能な流体接続部をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記再生ボックスのそれぞれと、各再生ボックスのプロセス熱の水蒸気源との間に、シール可能な流体接続部；および、
   各再生ボックスとＣＯ_２収集チャンバーとの間にシール可能な流体接続部；
   をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
6. 二酸化炭素除去構造の各グループの前記再生ボックスが、前記除去構造とは垂直方向に異なるレベルで配置されており、二酸化炭素除去構造を再生ボックス内のシール可能な位置中へおよびそれから外に垂直に移動させるためのエレベーター設備をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記吸着剤がガス混合物からＣＯ_２を吸着できるようにするために、前記除去構造のそれぞれを通る前記ガス混合物の流れを作り出すためのファンをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
8. 前記二酸化炭素除去構造の２つのグループのそれぞれの回転移動が、他の再生ボックスにおける二酸化炭素除去構造の再生が開始した後に二酸化炭素除去構造が前記再生ボックスの１つに入るようにオフセットされる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記二酸化炭素除去構造のグループ中の１つの二酸化炭素除去構造がそのグループのための再生ボックス内にあるとき、他の二酸化炭素除去構造のそれぞれが二酸化炭素含有ガス混合物の流れを受けるように前記ファンの１つと共にシールされた位置になるように前記ファンが固定されて、前記エンドレスループ支持体の半径方向内側の位置に配置されている、請求項７に記載のシステム。
10. 前記ファンが、閉曲線トラックの半径方向内側に配置されており、該閉曲線の周りをその二酸化炭素除去構造と共に移動するようにそれぞれ前記二酸化炭素除去構造の１つに取り付けられている、請求項２に記載のシステム。
11. 二酸化炭素含有ガス混合物から二酸化炭素を除去するための方法であって、
    二酸化炭素除去構造の少なくとも２つのグループのそれぞれを、二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒しながら閉エンドレスループの周りを移動させる工程；ここで各グループ内の各除去構造は、該構造上に支持された多孔質固体基板を含み、各多孔質基板は、その表面上に吸着剤が支持されており、該吸着剤は、二酸化炭素を吸着するかまたは二酸化炭素に結合して、ガス混合物から二酸化炭素を除去することが可能である；
    それぞれのエンドレスループ支持体に沿ったある場所にある再生ボックスに二酸化炭素除去構造をシール可能に置く工程；この再生ボックス内に該除去構造がシール可能に置かれ、再生ボックス中の適所に除去構造がシールされると、該吸着剤上に吸着された二酸化炭素が該吸着剤からストリッピングされ、捕獲されて、該吸着剤が再生される；該閉エンドレスループ上に該多孔質基板を支持する該除去構造のそれぞれは、ガス混合物からのＣＯ_２の除去が可能になるように該吸着剤が二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒されるような位置にあり、該除去構造が該再生ボックスに置かれると、該吸着剤は１３０℃未満の温度でプロセス熱に晒されて、該吸着剤からＣＯ_２がストリッピングされる；
    を含み、ここで、再生ボックスの数に対する除去構造の数は、（ガス混合物からＣＯ_２を除去するための）吸着時間と（該多孔質基板上の該吸着剤からＣＯ_２をストリッピングするための）再生時間との比率によって直接的に決定され、該吸着時間は、該吸着剤においてガス混合物からＣＯ_２を、該吸着剤におけるベースレベルから望ましいレベルまで吸着する時間であり、該再生時間は、該吸着剤における望ましいレベルからベースレベルに戻るまでＣＯ_２をストリッピングする時間である、上記方法。
12. 前記ガス混合物が、周囲空気、および、体積の大部分が周囲空気であり、それより少量の体積の煙道ガスを含む混合物からなる群より選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記二酸化炭素除去構造の２つのグループのそれぞれが、１つの再生ボックスおよび５〜１０個の除去構造を含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記再生ボックス内に除去構造がシールされた後、シールされた再生ボックス内で大気圧を低下させる工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記再生ボックス中の大気圧を低下させた後、前記再生ボックスにプロセス熱の水蒸気を通過させて、ＣＯ_２をストリッピングして除く工程；および、
    前記再生ボックスからストリッピングされたＣＯ_２をＣＯ_２収集チャンバーに送る工程；
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 二酸化炭素除去構造の各グループの前記再生ボックスが、前記エンドレスループ構造とは垂直方向に異なるレベルで配置されており、二酸化炭素除去構造を、再生ボックス内のシール可能な位置中へおよびそれから外に垂直に移動させる工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
17. 前記二酸化炭素除去構造の２つのグループのそれぞれの回転移動が、第一の再生ボックス中の二酸化炭素除去構造の再生が開始した後に二酸化炭素除去構造が第二の再生ボックスに入るようにオフセットされる、請求項１１に記載の方法。
18. 第二の再生ボックス中の大気圧を予め決められた圧力に低下させる工程；
    第一の再生ボックス中の前記除去構造の指示された再生が完了した後に２つの再生ボックス間のシールされた接続部を開けて、第一の再生ボックス中の残存する水蒸気を引き出し、第二の再生ボックスを予熱して、第一の再生ボックス中の前記除去構造を冷却する工程；および、
    第一の再生ボックスから冷却された除去構造を除去して、前記エンドレスループ上に戻し、前記除去構造が前記エンドレスループの周りを移動して循環的に前記再生ボックスに再度入るように、このサイクルを継続する工程；
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 各再生ボックスに入る前記水蒸気が、約１２０℃の温度またはそれ以下である、請求項１１に記載の方法。
20. 第二の再生ボックスが、約６０℃以下の温度に予熱され、第一の再生ボックスが、前記吸着剤が不活性化されると予想される温度未満の温度に冷却される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記吸着剤が、第一アミンポリマーである、請求項１５に記載の方法。