JP2023502736A - 二酸化炭素の直接空気捕捉（ｄａｃ＋）の改良のための回転式連続マルチ - 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および方法であって、当該システムは、閉曲線トラックに沿って移動する一群の二酸化炭素除去構造体を備える。トラックに沿った１つの位置には、各捕捉構造体が再生されるためにそこに通過する脱着または再生ボックスが設置されている。ＣＯ２除去構造体の大部分には、周囲の空気、または周囲の空気と煙道ガスのわずかな部分との混合物、および排気されたＣＯ２浄化空気が供給される。各群内の少なくとも１つの選択されたそのような除去構造体は、捕捉構造体へのその進入の直前の位置で、ＣＯ２を少なくとも４体積％含む煙道ガスが供給される。前述のシステムと同様に動作するシステムを利用して、大気から二酸化炭素を除去する方法が提供される。【選択図】図１

Description

捕捉システムおよび装置
本発明は、一般に、大気から温室効果ガスを除去するシステムおよび方法に関し、特に、周囲の空気を含むガスの流れから二酸化炭素を順番の最初に捕捉し、その後、煙道ガスを含むガスの少なくとも１つの流れから二酸化炭素を捕捉する新規かつ改良されたシステムおよび方法に関する。本発明は、当該順序が二酸化炭素の除去の異なる順序を含み得るシステムを企図する。本発明は、煙道ガスを含むガスの２つ以上の流れを含む、当該第２の連続的なステップをさらに企図する。

本発明は、２０１１年４月２９日に出願された米国特許出願第１３／０９８，３７０号（現在の米国特許出願第８，５００，８５５号）および米国特許出願第９，９２５，４８８号に記載されているシステムに対する改良を提供する。特にさらに変更された場合に、以前の出願で開示されたものよりも広範囲の使用のために利用され得るものとして認識され得るシステムおよび処理が提示される。この同時係属出願の開示は、本明細書に提示される新しい開示によって変更されることにより、完全に繰り返されるかのように、参照により本明細書に援用される。

現在、エネルギーに関する以下の３つの矛盾するような目標を達成することに注目が集まっている。１）経済発展のために手頃な価格のエネルギーを提供する。２）エネルギー安全保障を達成する。３）地球温暖化による特異な気候変動を回避する。ここで、経済的繁栄に必要なエネルギーを確保し、紛争につながりかねないエネルギー不足を回避するためには、今世紀の残りの期間の間に化石燃料の使用を完全に回避する方法は実現可能ではないと仮定する。

二酸化炭素などのいわゆる温室効果ガス（メタンおよび水蒸気も他の主要な温室効果ガスである）の量の増加が地球の平均気温を上昇させることは、尊敬すべき科学者の間ではほとんど異論がない。

また、気候変動のリスクは、人間が排出する二酸化炭素の量を減らすことでしか解消されないことも明らかである。直接的な空気捕獲または直接的空気抽出（ＤＡＣ）として知られる、大気からのさらなるＣＯ_２を除去することも必要である。空気抽出および大気中の二酸化炭素の量を減らす能力により、気候変動を引き起こす可能性のあるメタンのような（自然界および人間活動の双方から大気中に放出される）他の温室効果ガスの排出を補償することができる。

特に過去１０年間で、この分野の専門家の間では、大気中のいわゆる「温室効果」ガスの増加を少なくとも遅らせるために、二酸化炭素の濃度が低いにもかかわらず、大気から直接二酸化炭素を回収することが経済的に実現可能であるという考えが一般的になってきている。現在では、適切に再生可能な吸着剤システムと、やや高いが比較的低温の剥離または再生処理を用いて、周囲条件下で大気からＣＯ_２を効率的に抽出でき、また、このような処理を、大量の周囲の空気と混合した排ガスの混合物からＣＯ_２を除去するために拡張して組み合わせることができ、煙道ガスからＣＯ_２を除去するだけでなく大気からさらにＣＯ_２を除去できることが理解されている。これにより、低コストで、かつ、高い効率で大気中のＣＯ_２を純減することができる。

本発明は、多量の二酸化炭素含有空気から二酸化炭素を除去するためのＤＡＣシステムおよび方法に対して、より高い効率で、かつ、より低い資本経費（「ＣＡＰＥＸ」）およびより低い運用経費（「ＯＰＥＸ」）を含むより低い全体コストで、さらなる新規かつ有用な改良を提供するものである。

本発明の概要
本発明によれば、複数の別々のＣＯ_２捕捉構造体のアセンブリを利用する新規な処理およびシステムが開発される。アセンブリの各々が基材粒子のベッドを備え得る基材捕捉構造体を支持する。基材捕捉構造体は、捕捉されたＣＯ_２含有吸着剤の再生速度と比較して、周囲の空気からの、または、ＣＯ_２を除去するために処理される任意のガス混合物からの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。好ましい実施形態では、ＣＯ_２捕捉構造体は、実質的に連続した閉ループのトラック上に支持され、好ましくは閉曲線を形成し、その上で、ＣＯ_２捕捉構造体は、周囲の空気の流動、または周囲の空気の大部分を含むガスの混合物に晒されながらトラックに沿って連続して長手方向に移動される。代替的に、捕捉構造体は、開放されたトラックに沿って長手方向前後に移動され得る。

トラックに沿った１つの場所で長手方向の移動が停止し、ＣＯ_２捕捉構造体の１つが処理のために密封されたボックス内に移動され、吸着剤からＣＯ_２を剥離させて吸着剤を再生する。吸着剤が再生されると、次のＣＯ_２捕捉構造体が再生ボックスに入力する位置に来るまで、捕捉構造体はトラックの周りを回転し、次にすべてのＣＯ_２捕捉構体の回転が停止される。本発明の改良では、捕捉構造体の少なくとも１つに周囲の空気の代わりに煙道ガスを収容させて、好ましくは、他の捕捉構造体の少なくとも大部分に周囲の空気が供給される。最も好ましくは、再生ボックスの前の最後のステーション、すなわち、段階が、純粋だが前処理された煙道ガス、または煙道ガスと周囲の空気との混合物（ここでは炭化煙道ガスと呼ぶ）である煙道ガス入力を受け取ることである。

入力煙道ガスの速度および濃度は入力側で独立して制御されるが、出力は別個のマニホールドを使用し得るファンによって引き出される。理想的には、状況によっては、これは純粋なＤＡＣユニットへの改造であり得る。再生ボックスに入力する前に、追加のＣＯ_２を加えて捕捉構造体基材内で吸着剤を予熱する。再生ボックスでの脱着後の捕捉構造体基材および吸着剤の冷却は変わらないままであるが、再生開始前に既にアレイが予熱されているので、除去した熱が異なって使われ得る。ＤＡＣとキャブレターユニットとを分離した場合と比べて、この統合的なアプローチは以下のような利点がある。
１．１ＤＡＣプラント当たりのＣＯ_２の総生産量を３０％から５０％（期待値）増加させ、それにより１メートルトン当たりの設備投資額を削減する。
２．ＤＡＣと同様の資本プラントを使用して、煙道ガス捕捉成分の資本コストを削減する。
３．生産されたＣＯ_２の１メートルトン当たりの使用エネルギーが減少する。それは、
Ａ．高濃度ＣＯ_２を結合するアミン部位は反応熱が低いからである（なお、本実施形態では、一級アミンを含む吸着剤のみではなく、二級アミンを含む吸着剤など、別の吸着剤、または混合物が最適である可能性がある）。
Ｂ．同一の顕熱に対して生成されるＣＯ_２が多いためである。
Ｃ．煙道から出る熱がアレイを予熱するために使用されるからである。

３つの考慮すべき場合が存在する。
１．熱電併給ユニットがシステム設備の熱および電力を供給するような大きさに形成されている単独の場合。
２．より大きな熱電併給施設に接続されているため、利用可能な熱および煙道ガスＣＯ_２はＤＡＣユニットに使用されるよりも多く、余分な電気および熱が発生されてしまう。
３．煙道ガスＣＯ_２の除去の必要性に基づいて電源からＣＯ_２を捕捉し、設けられたＤＡＣの大きさを決定するマイナス炭素発電所の場合（この場合、施設全体がマイナス炭素であるため、コストに基づいて煙道ガスＣＯ_２の捕捉量を選択することができる（例えば、発電所が排出するＣＯ_２よりも多く除去する）。

上記の３つの場合に対して、同一の設計が成り立つことがわかるであろう。変更するのは熱電併給発電所の大きさだけである。上記１ではＤＡＣのエネルギーの必要性によって、上記２では特定の用途（圧縮など）でのエネルギーの必要性によって、上記３ではマイナス炭素発電所の大きさによって決定される。

また、排出量を削減しようとする世界では、純燃焼設備に煙突から排出される１０％分のペナルティを課し、発生するマイナス炭素にクレジットを与えると主張することもできる。この場合、本実施形態は、気候変動の観点および経済性の観点の双方からも好ましい実施形態になり得る。本実施形態の処理では、純粋な煙道ガスは、少なくとも再生直前のＣＯ_２捕捉の最後のステーションで使用される。

別の好ましい実施形態は、以前に前処理された、すなわち、部分的に捕捉された煙道ガスを含む供給を提供する。例えば、この煙道ガスは、最終または最後の捕捉構造体からの排気、すなわち、例えば、燃料燃焼発電所、セメント製造プラント、製鋼プラントなどの、大きなＣＯ_２含有排気を有する産業で長く使用されるタイプである従来のＣＯ_２除去システムからの排気である。このような煙道ガスに前処理を行うシステムは、石炭などの固体または石油などの液体の燃焼処理から排出される、微粒子または吸着剤に毒性のある非微粒子化合物が存在する可能性がある排ガスを扱う場合に特に重要である。

このようなシステムでは、再生チャンバを加熱するための蒸気を生成するプラントが、この改良された発明に従って処理されるべき廃棄物を提供する。そのようなシステムは、例えば、吸着剤を再生するための蒸気を提供することを主目的とした単独のプラントを含む。第２の代替案は、電気発電所、セメント工場、製鉄所、および石油精製所などの別の生成物を主に伝熱併給するためにプラントを使用することである。好ましい例は、本発明のプラントから生成されたＣＯ_２から燃料を製造するための熱電併給発電所である。さらに好ましい例は、熱併給発電所が他の場所での販売または使用を目的とした燃料をＣＯ_２から生産することである。

隣接するプラントが発電所である場合、その発電所の生成物は、熱電併給された、または余剰の蒸気および電気を含み、それらの少なくとも一部は、ＤＡＣプラントの運転に必要な蒸気または電気を含む。そのような発電所からの燃焼廃棄物、すなわち、煙道ガスは少なくとも一部が浄化され、次いで、再生チャンバに入力される直前にその廃棄物がＣＯ_２捕捉の最終段階に供給される。さらに、上記のように、部分的にＣＯ_２が低減された廃棄物は、捕捉構造体の直前、すなわち８番目の位置で、単独でまたは周囲の空気と混合して使用され得る。当然ながら、１０個の捕捉構造体と共に単一の再生チャンバが存在する場合、再生チャンバは１０番目の段階であり、捕捉構造体が再生チャンバに入力する直前の捕捉構造体の段階は９番目の段階、その前の段階は８番目の段階であると理解されよう。システムに好適な構造体の例を、以下の図面および説明文に示す。

別の好ましい実施形態は、ＣＯ_２を捕捉するために事前に部分的に処理された煙道ガスを含むＣＯ_２含有供給を提供する。例えば、排ガスは、最終または最後の捕捉構造体からの排気、または、大量のＣＯ_２含有排気を有する産業で従来から使用されている従来のＣＯ_２除去システム（燃料燃焼発電所、セメント製造プラント、製鋼プラントなど）からの排気である。このような廃棄物の前処理を伴うシステムは、石炭などの固体、または石油などの液体の燃焼処理から排出される、微粒子、固体または液体の粒子、吸着剤に毒性のあるガスなどを含む排気を扱う場合に特に重要である。

さらなる好ましい実施形態は、プラントが、本発明のＤＡＣ＋プラントから生成されたＣＯ_２から、他の場所での販売または使用を目的とした燃料を生産する状況である。

各捕捉構造体は、その表面上に二酸化炭素吸着部位、好ましくはアミン基、および最も好ましくは一級アミンの割合が高いアミン基を有する多孔質基材から形成される。捕捉構造体がトラックに沿って移動すると、各捕捉構造体が密閉された再生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。本改良によれば、ＣＯ_２捕捉構造体が再生ボックスに到達する数分前にループ内を移動している間に、周囲の空気の代わりに煙道ガスを各ＣＯ_２捕捉構造体に通過させることで、処理をさらに改良することができる。

しかしながら、上記で説明したように、本プロセス発明は、低温（好ましくは周囲～１００℃）の半連続処理であり、処理の各フェーズで一方向の質量輸送を有する。この処理のさらなる新規の態様は、ガス混合物からＣＯ_２を捕捉する反応が、（アミノポリマー上の１つの好ましい実施形態では）再生可能材料で生じ、再生可能材料、例えば、アミノポリマー吸着剤が基材内に含浸される状態で生じることが好ましい。

吸着剤担持捕捉構造体は、好ましい実施形態では、以下により順次に支持されるモノリシック基材を含む。
１．ＣＯ_２捕捉処理中に基材が移動する閉ループまたは開放式のラインに沿って基材を支持するフレームワーク。好ましい一実施形態において、基材がモノリスの孔内に含浸された吸着剤を有する多孔質モノリスを含み、
２．本発明の１つの好ましい実施形態における基材は、例えば、コージライト、ムライト、シリカ、アルミナ、チタニア、シリカメゾセルフォーム（ＭＣＦ）、およびメソポーラス－γ－アルミナ、ならびにＭＣＦまたは他のそのような材料の細孔全体に渡って被覆されたメソ多孔質－γ－アルミナからのセラミック材料、金属酸化物（例えば、単一または混合された他の金属のシリカ、アルミナ、チタニア、または多孔質酸化物）から形成することができ、ＣＯ_２捕捉段階中または以下に記載される吸着剤の再生中に満足される条件下でそのモノリシック形状を維持することができるのに十分な構造体的強度および耐熱性を有する。熱条件が厳しくない場合は、多孔質ガラス繊維、硬質ポリマープラスチック、または押出、波形化、圧着、３Ｄ印刷、もしくは成形、または他の既知のまたは開発される手順によって所望の形状に形成され得る他の構造体的に強固な多孔質材料等の他の多孔質材料を使用してよい。
３．含浸吸着剤
ａ．最も一般的に使用される吸着剤はアミノポリマーである。
ｉ．ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）は、以下の理由でその分野で働くほとんどの人が選ぶ吸着剤である。
１．低ＣＯ_２濃度での高い活性、高いアミン密度、大規模な商業利用可能性。
２．しかし、それは高温での既知の酸化分解によって制限される。
ｉｉ．他のアミノポリマーは、様々な程度の一級、二級、および三級アミン、ならびに様々な骨格化学、分子量、分岐度、および添加剤を有する吸着剤として使用することができる。ＣＯ_２吸着剤として有用な他の既知のポリアミンは、ポリプロピレンアミン、ポリグリコールアミン、ポリプロピレンアミン（ビニルアミン）、およびポリ（アリルアミン）、ならびにそれらの誘導体である。
ｉｉｉ．非アミノポリマー吸着剤は、有用な吸着剤として考慮すべきである。
１．金属有機フレームワーク、共有有機フレームワーク、ＰＯＭ、およびその他のそのような材料が有用である。
２．非重合性アミン吸着剤（「Ｐｈ－ＸＸ－ＹＹ」）、オリゴマー。
３．システムに対する改良は、高い安定性（捕捉剤）、活性（コポリマー）、接触性（ＰＥＧ）、および当技術分野で既知である、または今後開発される多くの他のもののために吸着剤と組み合わせた非吸着性添加剤の使用によって達成され得る。

活性吸着剤（例えば、３Ｄ印刷）から構築された接触器も使用され得ることが本発明により企図される。

分析
一般に、ＤＡＣ除去システム（「システム」）は、それぞれの基材が再生チャンバに入力する前に、ＣＯ_２捕捉の最終段階に（好ましくは事前に処理された）煙道ガスを供給することによって、１ＤＡＣサイクル当たりの煙道ガスから余分な成分ＦＧＣＯ_２を捕捉する。これにより、追加のＣＯ_２（「ＦＧ ＣＯ_２」）が捕捉される。これにより、最終段階での効率が向上し、システムの各サイクル中に捕捉されるＣＯ_２の量が増加する。最初に、１メートルトン当たりの設備投資は、（添加された煙道ガスのない）純粋なＤＡＣと比較して１／（１＋ＦＧＣＯ_２）だけ減少する。これは、周囲の空気と比較して、煙道ガス中のＣＯ_２濃度が増加したことに起因する。増加した濃度の効果は、吸着剤の種類によって異なる。また、各段階で煙道ガスのわずかな一部を含む空気を処理する場合、追加設備にかかる費用も回避できる。

熱電併給発電所が１年当たりＭ＊（ＭＭｂｔｕ）量の天然ガスを燃焼した場合、熱と電気のために生み出されたエネルギー量Ｍは、Ｍ＝ＣＯＧＥＮＥ×Ｍ＊で与えられ、煙道から出る一次エネルギー量はＭＦ＝（１－ＣＯＧＥＮＥ）×Ｍ＊であり、そのエネルギーにはＣＯ_２が捕捉された場合の反応エネルギーと凝縮された場合の水のエネルギーは含まれず、ＣＯＧＥＮＥは伝熱併給ユニットのエネルギー効率である。煙道ガスＣＯ_２の排出量、１年当たりのＦＴ ＣＯ_２は、ＦＴＣＯ_２＝０．０５６Ｍ＊メートルトン／年である。

捕捉ＥＣＦの効率で煙道ガスからそのＣＯ_２を捕捉した場合、１年当たりの煙道ガスからのＣＯ_２の捕捉量は以下となる。
ＦＧＣＯ_２＝ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２
１年当たりのＦＣＣＯ_２と捕捉された総空気ＣＯ_２との比率ＤＡＣＣＯ_２は、１サイクル当たりの比率と同一である。これは、ＤＡＣユニットに対して、以下の場合の１年当たりのＤＡＣＣＯ_２メートルトンを捕捉することを意味する。
ＤＡＣＣＯ_２＝（ｌ／ＦＧＣＯ_２）×ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２
捕捉された総ＣＯ_２（ＴＣＣＣＯ_２）は、以下から判定される。
ＴＣＣＯ_２＝（ｌ／ＦＧＣＯ_２＋－ｌ）×ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２．
ＣＯ_２の放出量は（ｌ－ＥＣＦ）ＦＴＣＯ_２である。プラント全体では、（１／ＦＧＣＯ_２＋１）×（ＥＣＦ－１）ＦＴＣＯ_２の量だけマイナス炭素となる。

ＥＣＦ＝０．９に対して（わずかな割合の煙道ガス（「キャブレター」）と混合された空気の場合は）、これは１．７ＦＴＣＯ_２（ＦＧＣＯ_２＝．Ｓ）から－０．８ＦＴＣＯ_２（ＦＧＣＯ_２＝１）まで変化する。これは、システムに流入するＦＧＣＯ_２の量が少ないほど、プラントのマイナス炭素が大きいことを意味するが、プラントのマイナス炭素が大きいほど、Ｃａｐｅｘの減少が少ないことを意味する。これは、捕捉される煙道ガスの割合が大きいほど設備投資が縮小するが、マイナス炭素が大きいほどプラント全体が縮小するという結果が予想される。

熱電併給ユニットがＤＡＣユニットの熱および電気を提供するためだけの大きさに形成され、そのＣＯ_２がＣＯ_２除去システムを通って排出される場合であり、かつ、総エネルギー（熱および電気）が例えば１メートルトン当たり６ＭＭｂｔｕである場合には、プラントは（１～０．９×６×０．０５６）マイナス炭素または約０．７である。これは、明らかにＦＧＣＯ_２が１に等しい場合とよく一致する。しかし、純粋なＤＡＣの場合では、余分な電力は生成されない。その結果、ＣＡＰＥＸコストが高くなり、１メートルトン当たりのエネルギー消費量が増加する。そのため、例えば、ＣＡＰＥＸがより少なく、捕捉に使用するエネルギーがより少なく、よりマイナス炭素であるなど、この統合された実施形態は好ましくなる。

次に評価すべきことは、必要とするエネルギーをどれだけ少なくし、それゆえ、どれだけ余分な電力を生産することができるかである。ＤＡＣの生産量１メートルトン当たりに必要なエネルギーがＭＤＡＣであり、１メートルトン当たりの煙道ガスを捕捉するために必要なエネルギーがＭＦＧである場合（ＭＦＧに対して、煙道ガス成分に余分な顕熱成分はなく、ＣＯ_２を遊離するための反応熱が減少すると仮定する）、１メートルトン当たりのＣＯ_２捕捉に必要な総エネルギーは以下のように求められる。
ＭＴ ＣＯ_２＝（（１／ＦＧＣＯ_２）×ＭＤＡＣ＋ＭＦＧ）／（（１／ＦＧＣＯ_２｝＋ｌ｝＝（ＭＤＡＣ＋ＦＧＣＯ_２×ＭＦＧ｝／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝
これにより、ＤＡＣの場合と比較して、１メートルトン当たりのエネルギーが既に節約されている。
ＭＤＡＣ－ＭＴＣＯ_２＝（ＭＤＡＣ－Ｊ＼；１ＦＧ｝ＦＧＣＯ_２／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝＝（ＳＨＡ＋ΔＨＲ｝×（ＦＧＣＯ_２／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝｝
式中、ＳＨＡは全顕熱であり、ΔＨＲは煙道ガス成分の反応熱の減少分である。１メートルトン当たりの電力使用量も減少する。

さらに、煙道ガスの熱を利用してＳＨＡの１／２が提供されるようにアレイを予熱することができれば、０．５ＳＨＡのさらなる減少がある。なお、この熱は煙道ガス流から発生し、それゆえ通常は使用されないため、発電量を減少させることはなく、完全に廃熱である。

再生後にＳＨＡを回収すれば、例えば米国特許９，９２５，４８８に記載されているように、２つの再生ボックスのシステムで行われているように、熱交換によって顕熱の３／４を回収できる可能性が原理的にあり得る。煙道ガスの熱で直接行うことは可能であるが、温度の上昇は捕捉された余分なＣＯ_２を減少させる可能性がある（ここでも容量と動力学との間にトレードオフが存在する）。用途によっては、伝熱併給ユニットへの水の予熱を含む低熱の使用があり得るが、非常に好ましい実施形態では、予熱が吸着の最終段階で行われるため、最良の結果は、再生をより速くすることであり得る。

この点で、煙道ガス段階の設計には別の自由度があることに留意すべきである。すなわち、煙道ガス流の速度および濃度を選択して、生成物が排出される煙道ガスＣＯ_２の速度と一致するように一定に保つ。一般的に、低速はＤＡＣモノリスをより高いＣＰＳＩのように見せるため、高濃度および低速が望まれる。モノリスが１００ ＣＰＳＩを有し、毎秒５ｒｎで０．７の減衰指数を有する場合、毎秒１ｍでは減衰指数は３．５となる。この実施形態のより一般的な別の特徴は、煙道ガス流からの捕捉効率を緩和することができるが、全体的な結果は依然としてマイナス炭素であるということである。各システムの最適な効率パラメータを決定するには、処理される煙道ガス成分の速度および濃度から経験的に決定される必要がある。

したがって、残りの疑問点は、再生前に基材を予熱するのに必要な熱を提供するために、接触器を通過する煙道ガス流内に十分に使用可能な熱が存在するかどうかである。アレイを予熱するために必要な熱は、凝縮水によって生成される熱と、煙道ガス流から捕捉されるＣＯ_２の反応熱と、煙道ガス流の顕熱とによって以下のように提供され得る。
ａ．ＴＨＦ＝煙道ガス中の総熱量＝ＳＨＦ＋煙道ガス流中の水蒸気（ＨＦＣＷ）の凝縮熱＋再生前の最後のステーションで回収されたＣＯ_２の１メートルトン当たりのＣＯ_２（ＨＦＲＣ）の反応熱

十分な熱があるかどうかを非常に大雑把に見積もるためには、ＳＨＡがＣＯ_２の１メートルトン当たり２ＭＭ ＢＴＵであると仮定すると、全体的に必要な熱はＣＯ_２の１メートルトン当たりの燃焼時に放出されるエネルギーの約３０％である６ＭＭ ＢＴＵであると仮定する。
ａ．ＣＯ_２の捕捉は、回収された総ＣＯ_２の最大１／２でしかなく、反応熱が低いため、あまり追加されないであろう。
ｂ．ＳＨＦ＝回収されたＣＯ_２の１メートルトン当たりの煙道ガス中の顕熱＝（１－ＣＯＧＥＮＥ）Ｍ＊。ＣＯＧＥＮＥの７０％の範囲にある場合、３０％が煙道を上がる。ここで、（２００℃から５０℃まで冷却することにより）その熱の１／４が利用可能であると仮定する。これは、必要なことの約１／２であり得る。

しかしながら、ＣＯ_２捕捉段階の最後の段階に入力する煙道ガス内の利用可能な水蒸気からの潜在熱は、ＣＯ_２捕捉ユニットが再生ボックスに入力する前に予熱するのに十分であろう。したがって、別の好ましい実施形態では、高温の煙道ガスは、入力煙道ガス流が最終温度、例えば６０℃よりも高いデルタＴ（例えば７０℃）になるように水を蒸発させることによって冷却することが可能である。しかし、煙道ガスの水蒸気含有量は高く、基材（「ＳＡ」）温度を６０℃に上昇させるのに必要な潜熱量以上の水蒸気を含んでいた。この場合、予熱は９０秒で行われることに留意されたい。速度は毎秒１ｍと仮定し、煙道ガスは一般的に少なくとも約１０％の水を含有し、それは毎秒３００ｃｍで３０秒間の純粋な蒸気の入力に相当する。これは明らかに過剰である。しかしながら、このようにして生成された過剰な水は、例えば、米国南西部やアフリカまたはアジアの砂漠地域のように、水が高価な砂漠地域などの場所で価値のある副産物となるであろう。ＳＡが６０℃で再生ボックスに入力すると、再生ボックスを大幅に冷却することなく、圧力を０．２ｂａｒまで低下させることが可能である。実際には、圧力をさらに低下させることで、さらに冷却することができるが、水蒸気を使用して捕捉された煙道ガスを押し流すことができる。

再生ボックス内で密封されると、吸着剤は、例えば、蒸気で加熱することによって処理され、吸着剤からＣＯ_２を除去させ、吸着剤を再生させる。取り出されたＣＯ_２はボックスから取り出され、捕捉される。次いで、再生された吸着剤を有する捕捉構造体は、密封されたボックスから移動し、次の捕捉構造体が再生ボックスに移動する位置に移動するまで、より多くのＣＯ_２を吸着するために他の捕捉構造体と共にトラックに沿って移動する。剥離／再生位置では、捕捉構造体は、トラックの勾配の上方または下方に設置されたボックス内に移動され得る、あるいは、捕捉構造体がトラックと同一の勾配水準でボックス内に移動し、捕捉構造体とシールを形成するようにボックスが設置され得る。これらのいくつかの代替案は、以下でさらに定義され、添付の図面で図示される。

再生ボックスが勾配の下方または上方にある例では、システムが捕捉構造体を上昇または下降させるためのサブシステムを備えねばならない。再生ボックスがトラックの勾配上にあるシステムでは、側面に沿って、ならびに上面および／または底面に沿ってシールを設けるために満足する密封構成が必要である。

ＣＯ_２吸着および除去工程
この処理の大前提は、空気または空気および排ガスの混合物を、好ましくは常温またはそれに近い状態で吸着剤ベッドに通すことによって、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ると、ＣＯ_２が回収され、吸着剤が再生される必要がある。後者のステップは、密封された格納ボックス内の蒸気で吸着剤を加熱してＣＯ_２を放出させ、かつ、吸着剤を再生させることによって行われ得る。ＣＯ_２はボックスから回収され、次いで、吸着剤は再生ボックスから離れるときに大気からＣＯ_２を再び吸着するために利用可能である。

ほとんどの市販の吸着剤は、一定以上の温度で空気に晒されると容易に分解され、したがって非活性化されることが周知である。したがって、多くの場合、基材上の吸着剤は捕捉構造体が再生ボックスを離れ、空気流に戻される前に冷却されなければならない。

本発明の処理の別の好ましい実施形態では、好ましくは、任意の粒子状固体または液体材料、および吸着剤に有毒な任意のガス材料を除去した後の精製形態の煙道ガスは、捕捉構造体が再生チャンバに入力する直前に捕捉構造体を通して流動される。この煙道ガス処理段階は閉められたチャンバ内で実施されることが好ましい。それにより、捕捉構造体内の多孔質基材の主要表面を通過する前に、前処理された煙道ガスが環境内に逃げることができない。

一般に、周囲の空気からのＣＯ_２吸着に要する期間は、煙道ガスからの吸着時間よりも長く、そのＣＯ_２の濃度ははるかに高い。吸着剤の現在の生成では、この差は、ＣＯ_２放出と吸着剤再生に必要な時間と比較して、周囲の空気を処理する場合、おおよそ１０倍の吸着期間を必要とする。したがって、ポリエチレンイミン吸着剤の使用に基づいて、１０個の捕捉構造体および単一の再生ユニットを有するシステムが、それぞれの回転システムの現在の基礎として採用されている。吸着剤の性能が時間の経過と共に向上する場合、吸着時間と脱着時間との比率、したがって、システムに必要な捕捉構造体の数が減少する可能性がある。

特に、より添着量の多い吸着剤の実施形態が使用される場合、１時間の吸着時間が実行可能であり、それゆえ５つの捕捉構造体のみに対応するために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、処理されたガス混合物中のＣＯ_２の濃度によって変化し、ＣＯ_２含有量が高いほど、再生時間に対して吸着時間が短くなる。例えば、燃焼廃棄物（「煙道ガス」）をガス混合器、または「キャブレター」を通して周囲の空気と混合することによって、混合物は空気よりも著しく高いＣＯ_２濃度を有するが、純粋な煙道ガスよりも著しく低い濃度を有する。

煙道ガスからＣＯ_２をより完全に、かつ、確実に除去するために、再生の直前の９番目の、すなわち、最終の段階からの廃棄物は、第２のチャンバ内に戻される。好ましくは、直前の段階、すなわち、捕捉構造体の吸着サイクルの第８段階に戻される。

上記の実施形態の全てにおいて、本発明の処理は、低温（すなわち、周囲温度、１００℃以下）バッチ処理のままであり、処理の各段階において一方向の質量輸送を有する。

少なくとも吸着サイクルの最初の７段階および密封されたボックス内の再生サイクルの双方の間における、捕捉構造体内の化学的および物理的活動ならびに捕捉構造体および再生チャンバの機構は、米国特許第１０，４１３，８６６号および第１０，５１２，８８０号に記載されているものと実質的に同一である。これらの特許の開示は、本明細書に提示された新たな開示によって変更されるように、完全に繰り返されたかのように本明細書に参照として援用される。本発明によるシステムでは、各回転システムは、回転捕捉構造体の各群に対して１つの密封的な再生ボックスを設ける。捕捉構造体の数は、所望の吸着および所望の再生を達成するための相対時間に依存する。さらに、ある好ましい実施形態では、２つの回転捕捉構造体システムのための再生ボックスの相互作用が可能になるように、回転システムのうちの２つを適切な関係で空間的に関連付け、かつ、時間的に作動させることによって、より大きな効率とより低いコストが達成されることが見出された。各々が再生ボックスに入力する時間をオフセットさせることで、第１のボックスで再生が行われた結果、第２は第１の残りの熱で余熱されてその再生ボックスに入力する。これにより、再生された捕捉構造体を回転トラック上のその吸着サイクルに戻す前に効率よく冷却することもできる。

再生ボックス間のこの相互作用は、本発明に従って、第１のボックスシステムの圧力を低下させることによって達成され、それにより、ＣＯ_２の放出後に第１のボックスに残っている蒸気および水が蒸発し、システムがその低下した分圧で蒸気の飽和温度まで冷却する。さらに、以下に記載されるように、この処理で放出される熱は、第２の吸着剤捕捉構造体を予熱するために使用され、その結果、おおよそ５０％の顕熱回収を実現し、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、耐酸素性吸着剤が利用されていても利用することができる。酸素感受性の低い吸着剤をより高い温度で使用すると、性能が時間の経過と共に向上することになる。少なくとも再生ボックスの直前の最終段階、場合によってはその前の１つ以上の段階における煙道ガス直接注入の濃度が高いため、吸着剤に吸着されるＣＯ_２の濃度が高くなり、吸着反応の発熱性により、吸着剤および基材はより高温となることが理解されるであろう。これにより、周囲の空気のみの処理を扱う場合、またはわずかな割合の煙道ガスと混合させるときに、再生チャンバ内の圧力を必要に応じて真空まで低下させる必要性を回避することが可能になる。

先の特許で論じたように、空気中の酸素による非活性化を回避するように、吸着剤捕捉構造体は空気に晒す前に冷却されることが好ましい。米国特許出願第１４／０６３，８５０号に記載されているように、ポリアミンの中で、ポリ（アリルアミン）およびポリ（ビニルアミン）などの熱分解に対するより大きな耐性を有する吸着剤およびそれらの誘導体を利用することができる。必要に応じて、再生ボックス内のシステム圧力を低下させて蒸気飽和温度を低下させることにより、冷却を達成することができる。これは、システムの温度を低下させるため、吸着剤非活性化問題を排除するのに効果的であることが示されている。その結果、脱圧ステップ中に冷却される第１の捕捉構造体からかなりの量のエネルギーが除去される。ＣＯ_２吸着段階を終えたＣＯ_２含有基材が第２の再生ボックスに入力する毎に、ＣＯ_２を放出して吸着剤を再生させるために加熱される必要がある。この熱は、再生ボックスに供給される大気圧蒸気のみによって供給することができるが、これは余分な運転コストとなる。この運転コストを最小限に抑えるために、２ベッドの設計コンセプトが開発された。このコンセプトでは、米国特許第１０，５１２，８８０号に記載されているように、第１の再生ボックス内のシステム圧力（したがって、蒸気飽和温度）を低下させることによって冷却されている第１の再生ボックスから除去される熱を、第２の再生ボックス内で再生されるＣＯ_２含有基材の少なくとも部分的な予熱に使用する。したがって、蒸気使用量は、第１のボックスの冷却からの熱を使用して第２のボックスの温度を増加させることによって低減される。第２のボックスの残りの熱負荷は、好ましくは大気圧で蒸気を追加することによって達成される。この処理を、２つの再生ボックスに出入りする他の回転捕捉構造体について繰り返すことで、システムの熱効率を大幅に向上させる。

上記のいくつかの頭字語は以下のように定義され得る。
ＦＧ－ＣＯ_２＝煙道ガスである１サイクル当たりの捕捉された空気ＣＯ_２捕捉に対するＣＯ_２の割合
ＤＡ. ＣＯ_２＝１サイクル当たりの捕捉される空気ＣＯ_２の量
ＦＧＣＡＰＥＸ＝純粋なキャブレターの実施形態における煙道ガスの運用経費、すなわち、周囲の空気と煙道ガスとの混合物が各捕捉構造体に供給される場合、Ｍ＊＝ＭＭＢＴｕで燃焼される総天然ガス
Ｍ＝使用可能な熱と生成された電気
ＣＯＧＥＮＥ＝熱電併給効率＝Ｍ／Ｍ＊
ＦＧＣＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される煙道ガスＣＯ_２
ＤＡＣＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される空気ＣＯ_２
ＦＴＣＯ_２＝＝燃焼するＪ＼１１＊天然ガスで生成される総煙道ガスＣＯ_２
ＭＴＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される捕捉された総ＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される煙道ガスと空気とからの総ＣＯ_２
ＥＣＦ＝煙道ガスの捕捉の効率
ＭＤＡＣ＝捕捉された空気ＣＯ_２の１メートルトン当たりのエネルギー
ＭＦＧ＝捕捉した煙道ガスＣＯ_２の１メートルトン当たりのエネルギー
ＳＨＡ＝モノリスアレイの顕熱
デルタＨＲ＝ＤＡＣ ＣＯ_２部位と煙道ガスＣＯ_２部位との反応熱の差
ＴＨＦ＝煙道ガス蒸気中の全熱源－顕熱＋ＣＯ_２反応熱＋水凝縮熱－（天然ガスの熱値は一定ではないことに留意されたい）

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に記載されているか、またはそれらから明らかである。

本発明の例示的な実施形態に係わる、大気から二酸化炭素を除去するために相互作用する一対の回転マルチ捕捉構造体システムの概略上面図であり、各ループおよび各群の捕捉構造体のための勾配水準の再生チャンバを示し、再生チャンバの各々のすぐ上流の２つの捕捉構造体が密封的なハウジング内に示されており、密封的なハウジングが浄化された煙道ガスを捕捉構造体に供給するための密封的な導管を備えている。

図１の捕捉構造体から二酸化炭素を除去するための一対の再生チャンバの概略図であり、チャンバの１つに接続されたいくつかの入口および出口導管、ならびに２つのチャンバを接続する密封的な接続導管を示す。

隣接ループの各々の上の再生チャンバおよび煙道ガス捕捉構造体の概略図であり、各チャンバおよびチャンバ間の配管システム構成を示す。

相対的に静止し、かつ、各捕捉構造体と共に回転するファンをそれぞれ示す概略立面図である。

図４の二重誘導軸ファンおよびプレナムの設計の概略側面図である。

回転マルチ捕捉構造体システムの相互作用対のうちの１つの概略立面図であり、大気から二酸化炭素を除去するためのトラック水準の再生チャンバ、および、ＣＯ_２捕捉のための煙道ガス流を処理するための直前の２つの捕捉構造体ハウジングを示す。

最後の吸着段階とＣＯ_２脱着回生ステップとの間のこのシステムの一般的な動作を示す概念図であり、吸着段階のすべてが周囲の空気を処理するシステムを示す。

本システムの本発明の好ましい実施形態の１つである、最後の吸着煙道ガス段階とＣＯ_２脱着再生ステップとの間の一般的な動作を示す概念図であり、この実施形態では、「脱着ユニット」のすぐ上流にある最後の吸着段階、例えば、第９段階は、純粋なまたは周囲の空気と混合された煙道ガスを受け取り、次の先行段階、例えば第８段階は、第９段階からの排気、その排気と周囲の空気の混合物、または周囲の空気のみを第９段階排気の組成に応じて受け取ることができる。

本システムの本発明の別の好ましい実施形態である、最後の吸着混合空気煙道ガス段階とＣＯ_２脱着および再生ステップとの間の一般的な動作を示す概念図であり、この実施形態では、「脱着ユニット」のすぐ上流にある最後の吸着段階、例えば第９ステージは、周囲の空気と混合された煙道ガスを受け取る。

ハウジングの各々が勾配水準にあり、各捕捉構造体がトラックに沿って移動して、各捕捉構造体が各ハウジングに入力するときに、脱着ユニット内の、または煙道ガス吸着ユニットハウジングのうちの１つ内の各捕捉ユニットのすべての側面の周りに延在するシールの一例を示す。

本発明の本実施形態のより詳細な説明
上述のこれらの動作を実行するシステムの設計の簡略化された描写が、図１～６に示されている。必要とされる操作および補助機器の詳細な説明は、以下に記載されており、共通の米国特許第１０，４１３，８６６号および第１０，５１２，８８０号に示されているものと同様である。

この実施形態では、１０個の「捕捉構造体」が存在する。捕捉構造体は十角形構成に設置され、実質的に円形または弧状のトラック上に設置されることが好ましいが、その限りではない。各処理ユニットに関連付けられた２つの実質的に円形（または卵形）／十角形アセンブリが存在し、それらは示されるように相互作用する。この好ましい実施形態では、捕捉構造体の内側に設置された誘導式通風ファンによって空気が捕捉構造体を通過される。１つの場所では、捕捉構造体は、処理のために、トラックに沿って移動するときに、各捕捉構造体が挿入される単一の密封的なチャンバボックスに隣接する位置にある。密封的な再生チャンバボックス内で、それらは１３０℃以下、より好ましくは１２０℃以下、最適には１００℃以下の温度に、好ましくは処理熱蒸気で加熱され、吸着剤からＣＯ_２を放出して吸着剤を再生させる。代替的に、再生チャンバは、勾配の上方または下方であることができる。この実施形態において、捕捉構造体によるＣＯ_２の吸着時間は、吸着剤再生時間の１０倍長くなることが好ましい。

捕捉構造体において多孔質モノリシック基材を使用することが好ましいが、可能であれば、捕捉構造体上のフレーム内に支持される多孔質粒子、すなわち、粒状材料の静止ベッドを使用してよいことを理解されたい。いずれの場合も、粒子捕捉構造体が吸着剤を担持するためのモノリス捕捉構造体と同一孔体積を有する場合、多孔質基材はＣＯ_２用のアミン吸着剤を担持することが好ましい。

概略図は、本発明に係るシステムの基本的な動作概念を図式化して示している。各々が十角形アセンブリ構成に設置され、円形トラック３１、３３上で移動可能に支持された１０個の「捕捉構造体」２１、２２が存在する。各処理ユニットに関連付けられた２つの円形／十角形アセンブリであるＡ、Ｂが存在し、それらは相互に作用する。空気または煙道ガスは、十角形アセンブリの各々の半径方向内側に設置された誘導通風ファン２３、２６によって捕捉構造体２１、２２の各々を通過し、各捕捉構造体の内周面からシステムから離れる方向に排気ガスのフローを誘発する。トラック３１、３３に沿った１つの位置で、捕捉構造体２１、２２は、密封的な再生ボックス２５、２７に隣接しており、捕捉構造体２２、２２は、トラックの周りの１つの回転を完了した後、再生処理のためにその中に挿入される。

したがって、図１および２に示されるように、第１の捕捉構造体２１は、処理のために再生ボックス２５内の位置まで回転される。それは、勾配上の再生ボックス２５のためである。捕捉構造体が再生ボックス２５内の位置にあるとき、トラックに沿った移動は、捕捉構造体のすべてに対して停止される。代替的に、トラックの直径および捕捉構造体を大きくすることによって、かつ、再生ボックスおよび任意の煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）上に適切な密封システムを有することによって、継続的な移動が可能となる。捕捉構造体２１，２２が再生されて、捕捉構造体のすべてが移動するとき、図１に示すように、再生された捕捉構造体は再生ボックス２５，２７から移動され、それにより、次の捕捉構造体２１，２２が煙道ガスを処理した後に移動され得る。この処理は実質的に継続的に繰り返される。図面に示される好ましい実施形態では、各トラック上の捕捉構造体の１つ以上は、煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）から移動する。そのタイミングは煙道ガス脱着のタイミングと一致することが好ましい。代替的に、捕捉構造体が再生ボックスおよび１つ以上の煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）に入力する毎に、捕捉構造体の移動は停止され得る。次いで、脱着および煙道ガス吸着が完了すると、移動が再開される。

しかしながら、上記で説明したように、本プロセス発明は、低温（好ましくは周囲～１００℃）の半連続処理であり、処理の各フェーズで一方向の質量輸送を有する。この処理のさらなる新規の態様では、ガス混合物からＣＯ_２を捕捉する反応が、（アミノポリマー上の１つの好ましい実施形態では）再生可能材料で生じ、再生可能材料、例えば、アミノポリマー吸着剤が多孔質基材内に含浸されている状態で生じることが好ましい。

好ましい実施形態では、吸着剤担持捕捉構造体は、各捕捉構造体を形成するためのフレームワークによって順に支持されるモノリシック基材を含む。

２つの十角形リングアセンブリは相互に動作するが、各十角形リングのための捕捉構造体は、以下に説明するように、わずかに異なる時間にそれらの脱着／再生ボックスの内外に移動される。これにより、例えばボックス２５での再生が完了したときに、例えば、ボックス２５とボックス２７との間で熱を通過させて他方のボックス、例えば再生ボックス２７に予熱を与えることが可能となる。これにより、再生開始時の熱を節約し、再生後の捕捉構造体の冷却コストを削減する。

再生ボックス２５，２７の設置場所は、連続した動きを許容しない、回転する捕捉構造体の上方または下方、あるいは勾配水準の３カ所が利用可能である。米国特許第１０，４１３，８６６号および同第１０，５１２，８８０号を参照されたい。

再生チャンバ３２ｌ、３２７は、回転捕捉構造体アセンブリの勾配上に設置される。ボックスは、保守および処理配管のための適切なアクセス性を備えて、同様に勾配上に設置されている。好適な相互の密封面は、ボックス上および各捕捉構造体上に設置され、それにより、捕捉構造体がボックス内の位置に移動すると、移動が上昇している再生ボックス内への上向きであるか、または、勾配よりも低い再生ボックス内への下向きであるか、あるいは、勾配上の再生ボックスへの直進であるかどうかに関わらずに、ボックス３２２、３２７は密封される。煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）が勾配上あるいは勾配より下方または上方であり得る実施形態でも同様である。また、煙道ガスまたは部分的に洗浄された煙道ガスを捕捉構造体内に供給するために、トラックに沿った直前の位置のためのオプションの閉鎖チャンバも存在する。

すべての場合において、補助機器（ポンプ、制御システムなど）は、回転捕捉構造体アセンブリ２９を支持するトラックの円周内または外側の勾配に設置されることが好ましい。

再生ボックスおよびハウジングは、本発明の概念または範囲から逸脱することなく、特定の状況において異なる水準で設置され得る。

本発明の範囲内にある代替の設計は、一対の再生ボックスであるチャンバ２５がトラックに沿って移動することができるシステムを提供する。これは、再生ボックス２５が広範囲に分離されないように、トラック設計が直線トラックに沿った捕捉構造体による往復運動が可能である場合に最適である。従来技術における既存の開示された装置と比較して、これは以下の通りである。
構造体用鋼材を最小限に抑える。
格納容器としてのみ機能する再生ボックスを除き、すべての主要機器を勾配水準で配置する。
ボックスがトラックと異なる水準にある場合、捕捉構造体への空気のフローを確実に干渉させない。
捕捉構造体のすべてを回転させて、それらを再生ボックス内に移動させる、より大きなマルチユニットシステムの移動を防止する。
効率を高めるために望ましい熱交換を許容にするために、２つの再生ボックスを最小限の間隙で隣接させることが可能となる。

必要な機械および動力を備えた機械的動作には、以下が含まれる。
支持構造体上の実質的に円形のトラックの周りに２セットの捕捉構造体アセンブリを回転させ、捕捉構造体が停止される位置まで構成要素を正確に位置決めして、捕捉構造体を再生ボックスおよび任意の煙道ガス吸着ハウジングの内外へ確実に、かつ自由に移動させる。
捕捉構造体または基材のみを取り外し、捕捉構造体を再生ボックスへ挿入し、捕捉構造体を再生ボックスから取り外し、捕捉構造体をトラックアセンブリ上のその位置に再挿入する。これらの移動のすべては垂直方向に、または代替的にトラック上の水平回転運動の一部として生じる。捕捉構造体および再生ボックスは、垂直に移動可能な捕捉構造体に対して、捕捉構造体の各々の上部または下部とボックスの支持構造体との間に実質的に気密シールが存在するように設計される。このような再生ボックスまたは煙道ガス吸着ハウジングの勾配に対して、シールが側面ならびに上面および底面にあり得る。あるいは、捕捉構造体が再生ボックスまたは煙道ガス吸着ハウジング内に移動するときに閉じる密封ドアが存在し得る。そのようなシールのいくつかの概念設計の例は、以前に発行された米国Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇｅｒの特許および本出願の図１０に示されている。

１つの好ましい実施形態の全ての場合において、図１～９を参照すると、捕捉構造体２１－１（リングＡ）は、所定の位置に回転され、次いで、処理のために再生または脱着、ボックス２５に移動される。（捕捉構造体２１－１、リングＡを収容する）脱着ボックス２５内の圧力は、例えば、真空ポンプ２３０を使用して、０．２バール未満に低下される。ボックス２５は、ライン２３５を介して大気圧で蒸気を用いて加熱される。捕捉構造体２１－１からＣＯ_２が生成され、コンデンサ２４０上で分離されるＣＯ_２および凝縮液のためのボックス２５から出口配管２３７を介して除去される（図ＳＡ）。次いで、上記（図５Ｂ）のように、ボックス２５が処理されている間に捕捉構造体２２－１（リングＢ）がボックス２７（リングＢ）に配置される。ボックス２５への蒸気供給が停止され、ＣＯ_２および凝縮液の出口配管が分離される。ボックス２５およびボックス２７は、接続配管１２５（図ＳＣ）内の弁１２６を開放することによって接続される。

ボックス２７内の圧力は、ボックス２７に関連付けられた真空ポンプ３３０を使用して低下される。これにより、双方のボックス内のシステム圧力を低下させ、ボックス２５に残存する蒸気および不活性要素がボックス２７を通して引き出され、次いで真空ポンプに引き出される。これにより、ボックス２５（および、それゆえ捕捉構造体２１－１、リングＡ）をより低い温度（すなわち、ボックス内の蒸気の分圧における飽和温度）に冷却して、捕捉構造体２１－１が空気流に戻されて配置されるときの吸着剤の酸素非活性化の可能性を低減する。この処理はまた、ボックス２７（および、それゆえ捕捉構造体２２－１、リングＢ）を、ボックス２５０内の蒸気の分圧で周囲温度から飽和温度まで予熱する。したがって、エネルギーが回収され、第２のボックス２７（捕捉構造体２２－１リングＢ）を加熱するのに必要な大気圧蒸気の量が低減される（図ＳＤ）。真空ポンプ３３０がボックス２５および２７内の圧力を低下させると、第１のボックス２５の温度が（おおよそ１００℃からある程度の中間温度まで）低下し、第２のボックス２７の温度が（周囲の温度から同一の中間温度まで）上昇する。ＣＯ_２および不活性ガスは、真空ポンプ３３０によってシステムから除去される。

第１のボックス２５と第２のボックス２７との間の弁が閉じられて、ボックスは相互に分離される。捕捉構造体２１－１リングＡは、捕捉構造体が空気流中に戻されて配置されるときに、吸着剤の酸素非活性化が懸念される温度よりも低い温度まで冷却される。第２のボックス２７および捕捉構造体２２－１、リングＢは予熱されているため、ボックスおよび捕捉構造体を加熱するために必要な蒸気の量が減少する（図５Ｅ）。次いで、捕捉構造体２１－１リングＡが捕捉構造体アセンブリ内に移動される。リングＡ捕捉構造体アセンブリは、１つの捕捉構造体によって回転され、次いで、捕捉構造体２１－２リングＡは、予熱の準備ができているボックス２５に挿入される。ボックス２７は大気蒸気で加熱され、剥離されたＣＯ_２が回収される（図５Ｆ）。

（捕捉構造体２２－１リングＢを収容する）第２のボックス２７が完全に再生されたとき、ボックスＢへの蒸気供給は分離され、ＣＯ_２および凝縮液の配管は弁２４１、２４２を使用して分離される。第１のボックス２５と第２のボックス２７との間の弁１２６が開放され、ボックス２５、２７内の圧力は、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下される。第２のボックス２７（それゆえ捕捉構造体２２－１、リングＢ）の温度は低下する（上記５参照）。（捕捉構造体２１－２、リングＡを収容する）第１のボックス２５の温度が上昇する（上記５を参照）（図５Ｇ）。真空ポンプ２３０は、ボックス２５、２７内の圧力を低下させる。ボックス２５の温度が（おおよそ１００℃からある中間温度まで）低下する。ボックス２７の温度が（周囲温度から同一中間温度まで）上昇する。ＣＯ_２および不活性ガスは、真空ポンプ２３０によってシステムから除去される。捕捉構造体２２－１、リングＢは、リングアセンブリ内に戻され、アセンブリは１つのベッドを回転させる。次いで、捕捉構造体２２－２、リングＢがボックス２７に挿入される。（捕捉構造体２１－２リングＡを収容する）ボックス２５を大気蒸気で加熱して、ＣＯ_２を放出させて吸着剤を再生する（図５Ｈ）。次に、ボックス２７の予熱が上述のように行われる。十角形は何度も回転するため、すべてのベッドでこの処理が繰り返される。

双方のリングが再生ボックスへ入力する直前に一対の煙道ガス吸着ハウジングを備える、図８に示される好ましい実施形態を扱う場合、好ましくは前処理された煙道ガスの供給が提供される。例えば、再生ボックスの直前の第９の吸着段階には、通常約１０～１５％のＣＯ_２を有する前処理された煙道ガス、または前処理された煙道ガスと周囲の空気との混合物のいずれかが供給される。その段階からの排気は、例えば、２～８％のＣＯ_２を含有することができる。好ましくは、上限範囲のＣＯ_２が排出されるとき、最も好ましくは、排ガスが直前の脱着段階のハウジングに通してさらに吸着され、排ガスを大気中に排出するのに適した程度に低減させる。

好ましい設計パラメータ
システム設計のための現行の好ましい基本原理は以下のとおりである。
移動させる捕捉構造体のそれぞれの重量：
１，５００～１０，０００ｌｂｓ．（支持構造体を含む）
ベッドのおおよそのサイズ：幅：５～６メートル
高さ：９～１０メートル
深さ：０．１５～１メートル

捕捉構造体の大きさは、システムの各対の地理的位置における特定の条件および所望の、すなわち達成可能な処理パラメータに応じて調整され得ることに留意されたい。

十角形リングの各々に１０個の捕捉構造体を備えるシステムに対して、好ましい円形／十角形構造体の外系の大きさは、約１５～１７メートル、好ましくは約１６．５メートルである。捕捉構造体支持構造体は、例えば、電気モータおよび駆動輪によってトラックに沿って個別に駆動されてもよい。あるいは、支持構造体は、トラックに沿った特定の位置、ならびにトラックおよび閉ループの周囲のすべての構造体を駆動するために使用される単一の大きなモータに固定されてもよい。いずれの場合も、再生ボックスは１つの場所に配置され、支持構造体の１つが再生ボックス内に移動されるように設置されたときに、構造体のすべてがそれらの移動を停止することができる。単一の駆動モータまたはエンジン、あるいは複数の駆動モータまたはエンジンの経済性は、場所および駆動が電気モータによって達成されるか、またはいくつかの燃料駆動エンジンによって達成されるかなどの多くの要因に依存する。駆動ユニットの性質自体は、本発明の主要な特徴ではなく、多くは当業者に周知である。適切なエンジンの例は、例えばスターリングエンジンサイクルを使用して動作する内燃または外燃機関あるいはガス圧駆動エンジン、処理蒸気機関、あるいは、油圧または空気圧機関を含む。

再生ボックスがトラック水準の上方に設置されている場合、上部はトラック水準の約２０メートル上方にある。再生ボックスがトラックの勾配の下方に設置されている場合、ボックスの上部はトラックの勾配のすぐ下方にある。勾配上のボックスは、再生中にボックス内の捕捉構造体を完全に収容するために、捕捉構造体の上部より最小限の高さで配置される。

再生ボックスが勾配上にない場合、捕捉構造体を再生ボックスの内外に移動させるための昇降システムは、３０秒～ｉ２０秒、好ましくは３０秒～４５秒の範囲内の期間中にボックスの内外への移動を達成することができるはずである。期間が短いほど、処理パラメータの柔軟性が向上する。大規模な捕捉構造体を移動させるには、ある種の固有の力学的制限があることが認識される。再生ボックスが勾配上にある場合の１つの利点は、垂直方向の移動が不要なことである。捕捉構造体は回転運動の一部としてボックス内に回転して密閉するだけなので、垂直方向の移動、時間の損失、エレベータの追加資本コストを避けられる。いずれの場合も、捕捉構造体の２つのエッジが固体であり、再生ボックスのエッジとシールを形成する。

米国特許出願第１３／０９８，３７０号（現在の米国特許出願第８，５００，８５５号） 米国特許出願第９，９２５，４８８号

捕捉システムおよび装置
本発明は、一般に、大気から温室効果ガスを除去するシステムおよび方法に関し、特に、周囲の空気を含むガスの流れから二酸化炭素を順番の最初に捕捉し、その後、煙道ガスを含むガスの少なくとも１つの流れから二酸化炭素を捕捉する新規かつ改良されたシステムおよび方法に関する。本発明は、当該順序が二酸化炭素の除去の異なる順序を含み得るシステムを企図する。本発明は、煙道ガスを含むガスの２つ以上の流れを含む、当該第２の連続的なステップをさらに企図する。

本発明は、２０１１年４月２９日に出願された米国特許出願第１３／０９８，３７０号（現在の米国特許出願第８，５００，８５５号）および米国特許出願第９，９２５，４８８号に記載されているシステムに対する改良を提供する。特にさらに変更された場合に、以前の出願で開示されたものよりも広範囲の使用のために利用され得るものとして認識され得るシステムおよび処理が提示される。この同時係属出願の開示は、本明細書に提示される新しい開示によって変更されることにより、完全に繰り返されるかのように、参照により本明細書に援用される。

現在、エネルギーに関する以下の３つの矛盾するような目標を達成することに注目が集まっている。１）経済発展のために手頃な価格のエネルギーを提供する。２）エネルギー安全保障を達成する。３）地球温暖化による特異な気候変動を回避する。ここで、経済的繁栄に必要なエネルギーを確保し、紛争につながりかねないエネルギー不足を回避するためには、今世紀の残りの期間の間に化石燃料の使用を完全に回避する方法は実現可能ではないと仮定する。

二酸化炭素などのいわゆる温室効果ガス（メタンおよび水蒸気も他の主要な温室効果ガスである）の量の増加が地球の平均気温を上昇させることは、尊敬すべき科学者の間ではほとんど異論がない。

また、気候変動のリスクは、人間が排出する二酸化炭素の量を減らすことでしか解消されないことも明らかである。直接的な空気捕獲または直接的空気抽出（ＤＡＣ）として知られる、大気からのさらなるＣＯ_２を除去することも必要である。空気抽出および大気中の二酸化炭素の量を減らす能力により、気候変動を引き起こす可能性のあるメタンのような（自然界および人間活動の双方から大気中に放出される）他の温室効果ガスの排出を補償することができる。

特に過去１０年間で、この分野の専門家の間では、大気中のいわゆる「温室効果」ガスの増加を少なくとも遅らせるために、二酸化炭素の濃度が低いにもかかわらず、大気から直接二酸化炭素を回収することが経済的に実現可能であるという考えが一般的になってきている。現在では、適切に再生可能な吸着剤システムと、やや高いが比較的低温の剥離または再生処理を用いて、周囲条件下で大気からＣＯ_２を効率的に抽出でき、また、このような処理を、大量の周囲の空気と混合した排ガスの混合物からＣＯ_２を除去するために拡張して組み合わせることができ、煙道ガスからＣＯ_２を除去するだけでなく大気からさらにＣＯ_２を除去できることが理解されている。これにより、低コストで、かつ、高い効率で大気中のＣＯ_２を純減することができる。

本発明は、多量の二酸化炭素含有空気から二酸化炭素を除去するためのＤＡＣシステムおよび方法に対して、より高い効率で、かつ、より低い資本経費（「ＣＡＰＥＸ」）およびより低い運用経費（「ＯＰＥＸ」）を含むより低い全体コストで、さらなる新規かつ有用な改良を提供するものである。

本発明の概要
本発明によれば、複数の別々のＣＯ_２捕捉構造体のアセンブリを利用する新規な処理およびシステムが開発される。アセンブリの各々が基材粒子のベッドを備え得る基材捕捉構造体を支持する。基材捕捉構造体は、捕捉されたＣＯ_２含有吸着剤の再生速度と比較して、周囲の空気からの、または、ＣＯ_２を除去するために処理される任意のガス混合物からの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。好ましい実施形態では、ＣＯ_２捕捉構造体は、実質的に連続した閉ループのトラック上に支持され、好ましくは閉曲線を形成し、その上で、ＣＯ_２捕捉構造体は、周囲の空気の流動、または周囲の空気の大部分を含むガスの混合物に晒されながらトラックに沿って連続して長手方向に移動される。代替的に、捕捉構造体は、開放されたトラックに沿って長手方向前後に移動され得る。

トラックに沿った１つの場所で長手方向の移動が停止し、ＣＯ_２捕捉構造体の１つが処理のために密封されたボックス内に移動され、吸着剤からＣＯ_２を剥離させて吸着剤を再生する。吸着剤が再生されると、次のＣＯ_２捕捉構造体が再生ボックスに入力する位置に来るまで、捕捉構造体はトラックの周りを回転し、次にすべてのＣＯ_２捕捉構体の回転が停止される。本発明の改良では、捕捉構造体の少なくとも１つに周囲の空気の代わりに煙道ガスを収容させて、好ましくは、他の捕捉構造体の少なくとも大部分に周囲の空気が供給される。最も好ましくは、再生ボックスの前の最後のステーション、すなわち、段階が、純粋だが前処理された煙道ガス、または煙道ガスと周囲の空気との混合物（ここでは炭化煙道ガスと呼ぶ）である煙道ガス入力を受け取ることである。

入力煙道ガスの速度および濃度は入力側で独立して制御されるが、出力は別個のマニホールドを使用し得るファンによって引き出される。理想的には、状況によっては、これは純粋なＤＡＣユニットへの改造であり得る。再生ボックスに入力する前に、追加のＣＯ_２を加えて捕捉構造体基材内で吸着剤を予熱する。再生ボックスでの脱着後の捕捉構造体基材および吸着剤の冷却は変わらないままであるが、再生開始前に既にアレイが予熱されているので、除去した熱が異なって使われ得る。ＤＡＣとキャブレターユニットとを分離した場合と比べて、この統合的なアプローチは以下のような利点がある。
１．１ＤＡＣプラント当たりのＣＯ_２の総生産量を３０％から５０％（期待値）増加させ、それにより１メートルトン当たりの設備投資額を削減する。
２．ＤＡＣと同様の資本プラントを使用して、煙道ガス捕捉成分の資本コストを削減する。
３．生産されたＣＯ_２の１メートルトン当たりの使用エネルギーが減少する。それは、
Ａ．高濃度ＣＯ_２を結合するアミン部位は反応熱が低いからである（なお、本実施形態では、一級アミンを含む吸着剤のみではなく、二級アミンを含む吸着剤など、別の吸着剤、または混合物が最適である可能性がある）。
Ｂ．同一の顕熱に対して生成されるＣＯ_２が多いためである。
Ｃ．煙道から出る熱がアレイを予熱するために使用されるからである。

３つの考慮すべき場合が存在する。
１．熱電併給ユニットがシステム設備の熱および電力を供給するような大きさに形成されている単独の場合。
２．より大きな熱電併給施設に接続されているため、利用可能な熱および煙道ガスＣＯ_２はＤＡＣユニットに使用されるよりも多く、余分な電気および熱が発生されてしまう。
３．煙道ガスＣＯ_２の除去の必要性に基づいて電源からＣＯ_２を捕捉し、設けられたＤＡＣの大きさを決定するマイナス炭素発電所の場合（この場合、施設全体がマイナス炭素であるため、コストに基づいて煙道ガスＣＯ_２の捕捉量を選択することができる（例えば、発電所が排出するＣＯ_２よりも多く除去する）。

上記の３つの場合に対して、同一の設計が成り立つことがわかるであろう。変更するのは熱電併給発電所の大きさだけである。上記１ではＤＡＣのエネルギーの必要性によって、上記２では特定の用途（圧縮など）でのエネルギーの必要性によって、上記３ではマイナス炭素発電所の大きさによって決定される。

また、排出量を削減しようとする世界では、純燃焼設備に煙突から排出される１０％分のペナルティを課し、発生するマイナス炭素にクレジットを与えると主張することもできる。この場合、本実施形態は、気候変動の観点および経済性の観点の双方からも好ましい実施形態になり得る。本実施形態の処理では、純粋な煙道ガスは、少なくとも再生直前のＣＯ_２捕捉の最後のステーションで使用される。

別の好ましい実施形態は、以前に前処理された、すなわち、部分的に捕捉された煙道ガスを含む供給を提供する。例えば、この煙道ガスは、最終または最後の捕捉構造体からの排気、すなわち、例えば、燃料燃焼発電所、セメント製造プラント、製鋼プラントなどの、大きなＣＯ_２含有排気を有する産業で長く使用されるタイプである従来のＣＯ_２除去システムからの排気である。このような煙道ガスに前処理を行うシステムは、石炭などの固体または石油などの液体の燃焼処理から排出される、微粒子または吸着剤に毒性のある非微粒子化合物が存在する可能性がある排ガスを扱う場合に特に重要である。

このようなシステムでは、再生チャンバを加熱するための蒸気を生成するプラントが、この改良された発明に従って処理されるべき廃棄物を提供する。そのようなシステムは、例えば、吸着剤を再生するための蒸気を提供することを主目的とした単独のプラントを含む。第２の代替案は、電気発電所、セメント工場、製鉄所、および石油精製所などの別の生成物を主に伝熱併給するためにプラントを使用することである。好ましい例は、本発明のプラントから生成されたＣＯ_２から燃料を製造するための熱電併給発電所である。さらに好ましい例は、熱併給発電所が他の場所での販売または使用を目的とした燃料をＣＯ_２から生産することである。

隣接するプラントが発電所である場合、その発電所の生成物は、熱電併給された、または余剰の蒸気および電気を含み、それらの少なくとも一部は、ＤＡＣプラントの運転に必要な蒸気または電気を含む。そのような発電所からの燃焼廃棄物、すなわち、煙道ガスは少なくとも一部が浄化され、次いで、再生チャンバに入力される直前にその廃棄物がＣＯ_２捕捉の最終段階に供給される。さらに、上記のように、部分的にＣＯ_２が低減された廃棄物は、捕捉構造体の直前、すなわち８番目の位置で、単独でまたは周囲の空気と混合して使用され得る。当然ながら、１０個の捕捉構造体と共に単一の再生チャンバが存在する場合、再生チャンバは１０番目の段階であり、捕捉構造体が再生チャンバに入力する直前の捕捉構造体の段階は９番目の段階、その前の段階は８番目の段階であると理解されよう。システムに好適な構造体の例を、以下の図面および説明文に示す。

別の好ましい実施形態は、ＣＯ_２を捕捉するために事前に部分的に処理された煙道ガスを含むＣＯ_２含有供給を提供する。例えば、排ガスは、最終または最後の捕捉構造体からの排気、または、大量のＣＯ_２含有排気を有する産業で従来から使用されている従来のＣＯ_２除去システム（燃料燃焼発電所、セメント製造プラント、製鋼プラントなど）からの排気である。このような廃棄物の前処理を伴うシステムは、石炭などの固体、または石油などの液体の燃焼処理から排出される、微粒子、固体または液体の粒子、吸着剤に毒性のあるガスなどを含む排気を扱う場合に特に重要である。

さらなる好ましい実施形態は、プラントが、本発明のＤＡＣ＋プラントから生成されたＣＯ_２から、他の場所での販売または使用を目的とした燃料を生産する状況である。

各捕捉構造体は、その表面上に二酸化炭素吸着部位、好ましくはアミン基、および最も好ましくは一級アミンの割合が高いアミン基を有する多孔質基材から形成される。捕捉構造体がトラックに沿って移動すると、各捕捉構造体が密閉された再生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。本改良によれば、ＣＯ_２捕捉構造体が再生ボックスに到達する数分前にループ内を移動している間に、周囲の空気の代わりに煙道ガスを各ＣＯ_２捕捉構造体に通過させることで、処理をさらに改良することができる。

しかしながら、上記で説明したように、本プロセス発明は、低温（好ましくは周囲～１００℃）の半連続処理であり、処理の各フェーズで一方向の質量輸送を有する。この処理のさらなる新規の態様は、ガス混合物からＣＯ_２を捕捉する反応が、（アミノポリマー上の１つの好ましい実施形態では）再生可能材料で生じ、再生可能材料、例えば、アミノポリマー吸着剤が基材内に含浸される状態で生じることが好ましい。

吸着剤担持捕捉構造体は、好ましい実施形態では、以下により順次に支持されるモノリシック基材を含む。
１．ＣＯ_２捕捉処理中に基材が移動する閉ループまたは開放式のラインに沿って基材を支持するフレームワーク。好ましい一実施形態において、基材がモノリスの孔内に含浸された吸着剤を有する多孔質モノリスを含み、
２．本発明の１つの好ましい実施形態における基材は、例えば、コージライト、ムライト、シリカ、アルミナ、チタニア、シリカメゾセルフォーム（ＭＣＦ）、およびメソポーラス－γ－アルミナ、ならびにＭＣＦまたは他のそのような材料の細孔全体に渡って被覆されたメソ多孔質－γ－アルミナからのセラミック材料、金属酸化物（例えば、単一または混合された他の金属のシリカ、アルミナ、チタニア、または多孔質酸化物）から形成することができ、ＣＯ_２捕捉段階中または以下に記載される吸着剤の再生中に満足される条件下でそのモノリシック形状を維持することができるのに十分な構造体的強度および耐熱性を有する。熱条件が厳しくない場合は、多孔質ガラス繊維、硬質ポリマープラスチック、または押出、波形化、圧着、３Ｄ印刷、もしくは成形、または他の既知のまたは開発される手順によって所望の形状に形成され得る他の構造体的に強固な多孔質材料等の他の多孔質材料を使用してよい。
３．含浸吸着剤
ａ．最も一般的に使用される吸着剤はアミノポリマーである。
ｉ．ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）は、以下の理由でその分野で働くほとんどの人が選ぶ吸着剤である。
１．低ＣＯ_２濃度での高い活性、高いアミン密度、大規模な商業利用可能性。
２．しかし、それは高温での既知の酸化分解によって制限される。
ｉｉ．他のアミノポリマーは、様々な程度の一級、二級、および三級アミン、ならびに様々な骨格化学、分子量、分岐度、および添加剤を有する吸着剤として使用することができる。ＣＯ_２吸着剤として有用な他の既知のポリアミンは、ポリプロピレンアミン、ポリグリコールアミン、ポリプロピレンアミン（ビニルアミン）、およびポリ（アリルアミン）、ならびにそれらの誘導体である。
ｉｉｉ．非アミノポリマー吸着剤は、有用な吸着剤として考慮すべきである。
１．金属有機フレームワーク、共有有機フレームワーク、ＰＯＭ、およびその他のそのような材料が有用である。
２．非重合性アミン吸着剤（「Ｐｈ－ＸＸ－ＹＹ」）、オリゴマー。
３．システムに対する改良は、高い安定性（捕捉剤）、活性（コポリマー）、接触性（ＰＥＧ）、および当技術分野で既知である、または今後開発される多くの他のもののために吸着剤と組み合わせた非吸着性添加剤の使用によって達成され得る。

活性吸着剤（例えば、３Ｄ印刷）から構築された接触器も使用され得ることが本発明により企図される。

分析
一般に、ＤＡＣ除去システム（「システム」）は、それぞれの基材が再生チャンバに入力する前に、ＣＯ_２捕捉の最終段階に（好ましくは事前に処理された）煙道ガスを供給することによって、１ＤＡＣサイクル当たりの煙道ガスから余分な成分ＦＧＣＯ_２を捕捉する。これにより、追加のＣＯ_２（「ＦＧ ＣＯ_２」）が捕捉される。これにより、最終段階での効率が向上し、システムの各サイクル中に捕捉されるＣＯ_２の量が増加する。最初に、１メートルトン当たりの設備投資は、（添加された煙道ガスのない）純粋なＤＡＣと比較して１／（１＋ＦＧＣＯ_２）だけ減少する。これは、周囲の空気と比較して、煙道ガス中のＣＯ_２濃度が増加したことに起因する。増加した濃度の効果は、吸着剤の種類によって異なる。また、各段階で煙道ガスのわずかな一部を含む空気を処理する場合、追加設備にかかる費用も回避できる。

熱電併給発電所が１年当たりＭ＊（ＭＭｂｔｕ）量の天然ガスを燃焼した場合、熱と電気のために生み出されたエネルギー量Ｍは、Ｍ＝ＣＯＧＥＮＥ×Ｍ＊で与えられ、煙道から出る一次エネルギー量はＭＦ＝（１－ＣＯＧＥＮＥ）×Ｍ＊であり、そのエネルギーにはＣＯ_２が捕捉された場合の反応エネルギーと凝縮された場合の水のエネルギーは含まれず、ＣＯＧＥＮＥは伝熱併給ユニットのエネルギー効率である。煙道ガスＣＯ_２の排出量、１年当たりのＦＴ ＣＯ_２は、ＦＴＣＯ_２＝０．０５６Ｍ＊メートルトン／年である。

捕捉ＥＣＦの効率で煙道ガスからそのＣＯ_２を捕捉した場合、１年当たりの煙道ガスからのＣＯ_２の捕捉量は以下となる。
ＦＧＣＯ_２＝ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２
１年当たりのＦＣＣＯ_２と捕捉された総空気ＣＯ_２との比率ＤＡＣＣＯ_２は、１サイクル当たりの比率と同一である。これは、ＤＡＣユニットに対して、以下の場合の１年当たりのＤＡＣＣＯ_２メートルトンを捕捉することを意味する。
ＤＡＣＣＯ_２＝（ｌ／ＦＧＣＯ_２）×ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２
捕捉された総ＣＯ_２（ＴＣＣＣＯ_２）は、以下から判定される。
ＴＣＣＯ_２＝（ｌ／ＦＧＣＯ_２＋－ｌ）×ＥＣＦ×ＦＴＣＯ_２．
ＣＯ_２の放出量は（ｌ－ＥＣＦ）ＦＴＣＯ_２である。プラント全体では、（１／ＦＧＣＯ_２＋１）×（ＥＣＦ－１）ＦＴＣＯ_２の量だけマイナス炭素となる。

ＥＣＦ＝０．９に対して（わずかな割合の煙道ガス（「キャブレター」）と混合された空気の場合は）、これは１．７ＦＴＣＯ_２（ＦＧＣＯ_２＝．Ｓ）から－０．８ＦＴＣＯ_２（ＦＧＣＯ_２＝１）まで変化する。これは、システムに流入するＦＧＣＯ_２の量が少ないほど、プラントのマイナス炭素が大きいことを意味するが、プラントのマイナス炭素が大きいほど、Ｃａｐｅｘの減少が少ないことを意味する。これは、捕捉される煙道ガスの割合が大きいほど設備投資が縮小するが、マイナス炭素が大きいほどプラント全体が縮小するという結果が予想される。

熱電併給ユニットがＤＡＣユニットの熱および電気を提供するためだけの大きさに形成され、そのＣＯ_２がＣＯ_２除去システムを通って排出される場合であり、かつ、総エネルギー（熱および電気）が例えば１メートルトン当たり６ＭＭｂｔｕである場合には、プラントは（１～０．９×６×０．０５６）マイナス炭素または約０．７である。これは、明らかにＦＧＣＯ_２が１に等しい場合とよく一致する。しかし、純粋なＤＡＣの場合では、余分な電力は生成されない。その結果、ＣＡＰＥＸコストが高くなり、１メートルトン当たりのエネルギー消費量が増加する。そのため、例えば、ＣＡＰＥＸがより少なく、捕捉に使用するエネルギーがより少なく、よりマイナス炭素であるなど、この統合された実施形態は好ましくなる。

次に評価すべきことは、必要とするエネルギーをどれだけ少なくし、それゆえ、どれだけ余分な電力を生産することができるかである。ＤＡＣの生産量１メートルトン当たりに必要なエネルギーがＭＤＡＣであり、１メートルトン当たりの煙道ガスを捕捉するために必要なエネルギーがＭＦＧである場合（ＭＦＧに対して、煙道ガス成分に余分な顕熱成分はなく、ＣＯ_２を遊離するための反応熱が減少すると仮定する）、１メートルトン当たりのＣＯ_２捕捉に必要な総エネルギーは以下のように求められる。
ＭＴ ＣＯ_２＝（（１／ＦＧＣＯ_２）×ＭＤＡＣ＋ＭＦＧ）／（（１／ＦＧＣＯ_２｝＋ｌ｝＝（ＭＤＡＣ＋ＦＧＣＯ_２×ＭＦＧ｝／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝
これにより、ＤＡＣの場合と比較して、１メートルトン当たりのエネルギーが既に節約されている。
ＭＤＡＣ－ＭＴＣＯ_２＝（ＭＤＡＣ－Ｊ＼；１ＦＧ｝ＦＧＣＯ_２／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝＝（ＳＨＡ＋ΔＨＲ｝×（ＦＧＣＯ_２／（ｌ＋ＦＧＣＯ_２｝｝
式中、ＳＨＡは全顕熱であり、ΔＨＲは煙道ガス成分の反応熱の減少分である。１メートルトン当たりの電力使用量も減少する。

さらに、煙道ガスの熱を利用してＳＨＡの１／２が提供されるようにアレイを予熱することができれば、０．５ＳＨＡのさらなる減少がある。なお、この熱は煙道ガス流から発生し、それゆえ通常は使用されないため、発電量を減少させることはなく、完全に廃熱である。

再生後にＳＨＡを回収すれば、例えば米国特許９，９２５，４８８に記載されているように、２つの再生ボックスのシステムで行われているように、熱交換によって顕熱の３／４を回収できる可能性が原理的にあり得る。煙道ガスの熱で直接行うことは可能であるが、温度の上昇は捕捉された余分なＣＯ_２を減少させる可能性がある（ここでも容量と動力学との間にトレードオフが存在する）。用途によっては、伝熱併給ユニットへの水の予熱を含む低熱の使用があり得るが、非常に好ましい実施形態では、予熱が吸着の最終段階で行われるため、最良の結果は、再生をより速くすることであり得る。

この点で、煙道ガス段階の設計には別の自由度があることに留意すべきである。すなわち、煙道ガス流の速度および濃度を選択して、生成物が排出される煙道ガスＣＯ_２の速度と一致するように一定に保つ。一般的に、低速はＤＡＣモノリスをより高いＣＰＳＩのように見せるため、高濃度および低速が望まれる。モノリスが１００ ＣＰＳＩを有し、毎秒５ｒｎで０．７の減衰指数を有する場合、毎秒１ｍでは減衰指数は３．５となる。この実施形態のより一般的な別の特徴は、煙道ガス流からの捕捉効率を緩和することができるが、全体的な結果は依然としてマイナス炭素であるということである。各システムの最適な効率パラメータを決定するには、処理される煙道ガス成分の速度および濃度から経験的に決定される必要がある。

したがって、残りの疑問点は、再生前に基材を予熱するのに必要な熱を提供するために、接触器を通過する煙道ガス流内に十分に使用可能な熱が存在するかどうかである。アレイを予熱するために必要な熱は、凝縮水によって生成される熱と、煙道ガス流から捕捉されるＣＯ_２の反応熱と、煙道ガス流の顕熱とによって以下のように提供され得る。
ａ．ＴＨＦ＝煙道ガス中の総熱量＝ＳＨＦ＋煙道ガス流中の水蒸気（ＨＦＣＷ）の凝縮熱＋再生前の最後のステーションで回収されたＣＯ_２の１メートルトン当たりのＣＯ_２（ＨＦＲＣ）の反応熱

十分な熱があるかどうかを非常に大雑把に見積もるためには、ＳＨＡがＣＯ_２の１メートルトン当たり２ＭＭ ＢＴＵであると仮定すると、全体的に必要な熱はＣＯ_２の１メートルトン当たりの燃焼時に放出されるエネルギーの約３０％である６ＭＭ ＢＴＵであると仮定する。
ａ．ＣＯ_２の捕捉は、回収された総ＣＯ_２の最大１／２でしかなく、反応熱が低いため、あまり追加されないであろう。
ｂ．ＳＨＦ＝回収されたＣＯ_２の１メートルトン当たりの煙道ガス中の顕熱＝（１－ＣＯＧＥＮＥ）Ｍ＊。ＣＯＧＥＮＥの７０％の範囲にある場合、３０％が煙道を上がる。ここで、（２００℃から５０℃まで冷却することにより）その熱の１／４が利用可能であると仮定する。これは、必要なことの約１／２であり得る。

しかしながら、ＣＯ_２捕捉段階の最後の段階に入力する煙道ガス内の利用可能な水蒸気からの潜在熱は、ＣＯ_２捕捉ユニットが再生ボックスに入力する前に予熱するのに十分であろう。したがって、別の好ましい実施形態では、高温の煙道ガスは、入力煙道ガス流が最終温度、例えば６０℃よりも高いデルタＴ（例えば７０℃）になるように水を蒸発させることによって冷却することが可能である。しかし、煙道ガスの水蒸気含有量は高く、基材（「ＳＡ」）温度を６０℃に上昇させるのに必要な潜熱量以上の水蒸気を含んでいた。この場合、予熱は９０秒で行われることに留意されたい。速度は毎秒１ｍと仮定し、煙道ガスは一般的に少なくとも約１０％の水を含有し、それは毎秒３００ｃｍで３０秒間の純粋な蒸気の入力に相当する。これは明らかに過剰である。しかしながら、このようにして生成された過剰な水は、例えば、米国南西部やアフリカまたはアジアの砂漠地域のように、水が高価な砂漠地域などの場所で価値のある副産物となるであろう。ＳＡが６０℃で再生ボックスに入力すると、再生ボックスを大幅に冷却することなく、圧力を０．２ｂａｒまで低下させることが可能である。実際には、圧力をさらに低下させることで、さらに冷却することができるが、水蒸気を使用して捕捉された煙道ガスを押し流すことができる。

再生ボックス内で密封されると、吸着剤は、例えば、蒸気で加熱することによって処理され、吸着剤からＣＯ_２を除去させ、吸着剤を再生させる。取り出されたＣＯ_２はボックスから取り出され、捕捉される。次いで、再生された吸着剤を有する捕捉構造体は、密封されたボックスから移動し、次の捕捉構造体が再生ボックスに移動する位置に移動するまで、より多くのＣＯ_２を吸着するために他の捕捉構造体と共にトラックに沿って移動する。剥離／再生位置では、捕捉構造体は、トラックの勾配の上方または下方に設置されたボックス内に移動され得る、あるいは、捕捉構造体がトラックと同一の勾配水準でボックス内に移動し、捕捉構造体とシールを形成するようにボックスが設置され得る。これらのいくつかの代替案は、以下でさらに定義され、添付の図面で図示される。

再生ボックスが勾配の下方または上方にある例では、システムが捕捉構造体を上昇または下降させるためのサブシステムを備えねばならない。再生ボックスがトラックの勾配上にあるシステムでは、側面に沿って、ならびに上面および／または底面に沿ってシールを設けるために満足する密封構成が必要である。

ＣＯ_２吸着および除去工程
この処理の大前提は、空気または空気および排ガスの混合物を、好ましくは常温またはそれに近い状態で吸着剤ベッドに通すことによって、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ると、ＣＯ_２が回収され、吸着剤が再生される必要がある。後者のステップは、密封された格納ボックス内の蒸気で吸着剤を加熱してＣＯ_２を放出させ、かつ、吸着剤を再生させることによって行われ得る。ＣＯ_２はボックスから回収され、次いで、吸着剤は再生ボックスから離れるときに大気からＣＯ_２を再び吸着するために利用可能である。

ほとんどの市販の吸着剤は、一定以上の温度で空気に晒されると容易に分解され、したがって非活性化されることが周知である。したがって、多くの場合、基材上の吸着剤は捕捉構造体が再生ボックスを離れ、空気流に戻される前に冷却されなければならない。

本発明の処理の別の好ましい実施形態では、好ましくは、任意の粒子状固体または液体材料、および吸着剤に有毒な任意のガス材料を除去した後の精製形態の煙道ガスは、捕捉構造体が再生チャンバに入力する直前に捕捉構造体を通して流動される。この煙道ガス処理段階は閉められたチャンバ内で実施されることが好ましい。それにより、捕捉構造体内の多孔質基材の主要表面を通過する前に、前処理された煙道ガスが環境内に逃げることができない。

一般に、周囲の空気からのＣＯ_２吸着に要する期間は、煙道ガスからの吸着時間よりも長く、そのＣＯ_２の濃度ははるかに高い。吸着剤の現在の生成では、この差は、ＣＯ_２放出と吸着剤再生に必要な時間と比較して、周囲の空気を処理する場合、おおよそ１０倍の吸着期間を必要とする。したがって、ポリエチレンイミン吸着剤の使用に基づいて、１０個の捕捉構造体および単一の再生ユニットを有するシステムが、それぞれの回転システムの現在の基礎として採用されている。吸着剤の性能が時間の経過と共に向上する場合、吸着時間と脱着時間との比率、したがって、システムに必要な捕捉構造体の数が減少する可能性がある。

特に、より添着量の多い吸着剤の実施形態が使用される場合、１時間の吸着時間が実行可能であり、それゆえ５つの捕捉構造体のみに対応するために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、処理されたガス混合物中のＣＯ_２の濃度によって変化し、ＣＯ_２含有量が高いほど、再生時間に対して吸着時間が短くなる。例えば、燃焼廃棄物（「煙道ガス」）をガス混合器、または「キャブレター」を通して周囲の空気と混合することによって、混合物は空気よりも著しく高いＣＯ_２濃度を有するが、純粋な煙道ガスよりも著しく低い濃度を有する。

煙道ガスからＣＯ_２をより完全に、かつ、確実に除去するために、再生の直前の９番目の、すなわち、最終の段階からの廃棄物は、第２のチャンバ内に戻される。好ましくは、直前の段階、すなわち、捕捉構造体の吸着サイクルの第８段階に戻される。

上記の実施形態の全てにおいて、本発明の処理は、低温（すなわち、周囲温度、１００℃以下）バッチ処理のままであり、処理の各段階において一方向の質量輸送を有する。

少なくとも吸着サイクルの最初の７段階および密封されたボックス内の再生サイクルの双方の間における、捕捉構造体内の化学的および物理的活動ならびに捕捉構造体および再生チャンバの機構は、米国特許第１０，４１３，８６６号および第１０，５１２，８８０号に記載されているものと実質的に同一である。これらの特許の開示は、本明細書に提示された新たな開示によって変更されるように、完全に繰り返されたかのように本明細書に参照として援用される。本発明によるシステムでは、各回転システムは、回転捕捉構造体の各群に対して１つの密封的な再生ボックスを設ける。捕捉構造体の数は、所望の吸着および所望の再生を達成するための相対時間に依存する。さらに、ある好ましい実施形態では、２つの回転捕捉構造体システムのための再生ボックスの相互作用が可能になるように、回転システムのうちの２つを適切な関係で空間的に関連付け、かつ、時間的に作動させることによって、より大きな効率とより低いコストが達成されることが見出された。各々が再生ボックスに入力する時間をオフセットさせることで、第１のボックスで再生が行われた結果、第２は第１の残りの熱で余熱されてその再生ボックスに入力する。これにより、再生された捕捉構造体を回転トラック上のその吸着サイクルに戻す前に効率よく冷却することもできる。

再生ボックス間のこの相互作用は、本発明に従って、第１のボックスシステムの圧力を低下させることによって達成され、それにより、ＣＯ_２の放出後に第１のボックスに残っている蒸気および水が蒸発し、システムがその低下した分圧で蒸気の飽和温度まで冷却する。さらに、以下に記載されるように、この処理で放出される熱は、第２の吸着剤捕捉構造体を予熱するために使用され、その結果、おおよそ５０％の顕熱回収を実現し、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、耐酸素性吸着剤が利用されていても利用することができる。酸素感受性の低い吸着剤をより高い温度で使用すると、性能が時間の経過と共に向上することになる。少なくとも再生ボックスの直前の最終段階、場合によってはその前の１つ以上の段階における煙道ガス直接注入の濃度が高いため、吸着剤に吸着されるＣＯ_２の濃度が高くなり、吸着反応の発熱性により、吸着剤および基材はより高温となることが理解されるであろう。これにより、周囲の空気のみの処理を扱う場合、またはわずかな割合の煙道ガスと混合させるときに、再生チャンバ内の圧力を必要に応じて真空まで低下させる必要性を回避することが可能になる。

先の特許で論じたように、空気中の酸素による非活性化を回避するように、吸着剤捕捉構造体は空気に晒す前に冷却されることが好ましい。米国特許出願第１４／０６３，８５０号に記載されているように、ポリアミンの中で、ポリ（アリルアミン）およびポリ（ビニルアミン）などの熱分解に対するより大きな耐性を有する吸着剤およびそれらの誘導体を利用することができる。必要に応じて、再生ボックス内のシステム圧力を低下させて蒸気飽和温度を低下させることにより、冷却を達成することができる。これは、システムの温度を低下させるため、吸着剤非活性化問題を排除するのに効果的であることが示されている。その結果、脱圧ステップ中に冷却される第１の捕捉構造体からかなりの量のエネルギーが除去される。ＣＯ_２吸着段階を終えたＣＯ_２含有基材が第２の再生ボックスに入力する毎に、ＣＯ_２を放出して吸着剤を再生させるために加熱される必要がある。この熱は、再生ボックスに供給される大気圧蒸気のみによって供給することができるが、これは余分な運転コストとなる。この運転コストを最小限に抑えるために、２ベッドの設計コンセプトが開発された。このコンセプトでは、米国特許第１０，５１２，８８０号に記載されているように、第１の再生ボックス内のシステム圧力（したがって、蒸気飽和温度）を低下させることによって冷却されている第１の再生ボックスから除去される熱を、第２の再生ボックス内で再生されるＣＯ_２含有基材の少なくとも部分的な予熱に使用する。したがって、蒸気使用量は、第１のボックスの冷却からの熱を使用して第２のボックスの温度を増加させることによって低減される。第２のボックスの残りの熱負荷は、好ましくは大気圧で蒸気を追加することによって達成される。この処理を、２つの再生ボックスに出入りする他の回転捕捉構造体について繰り返すことで、システムの熱効率を大幅に向上させる。

上記のいくつかの頭字語は以下のように定義され得る。
ＦＧ－ＣＯ_２＝煙道ガスである１サイクル当たりの捕捉された空気ＣＯ_２捕捉に対するＣＯ_２の割合
ＤＡ. ＣＯ_２＝１サイクル当たりの捕捉される空気ＣＯ_２の量
ＦＧＣＡＰＥＸ＝純粋なキャブレターの実施形態における煙道ガスの運用経費、すなわち、周囲の空気と煙道ガスとの混合物が各捕捉構造体に供給される場合、Ｍ＊＝ＭＭＢＴｕで燃焼される総天然ガス
Ｍ＝使用可能な熱と生成された電気
ＣＯＧＥＮＥ＝熱電併給効率＝Ｍ／Ｍ＊
ＦＧＣＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される煙道ガスＣＯ_２
ＤＡＣＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される空気ＣＯ_２
ＦＴＣＯ_２＝＝燃焼するＪ＼１１＊天然ガスで生成される総煙道ガスＣＯ_２
ＭＴＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される捕捉された総ＣＯ_２＝１年当たりの捕捉される煙道ガスと空気とからの総ＣＯ_２
ＥＣＦ＝煙道ガスの捕捉の効率
ＭＤＡＣ＝捕捉された空気ＣＯ_２の１メートルトン当たりのエネルギー
ＭＦＧ＝捕捉した煙道ガスＣＯ_２の１メートルトン当たりのエネルギー
ＳＨＡ＝モノリスアレイの顕熱
デルタＨＲ＝ＤＡＣ ＣＯ_２部位と煙道ガスＣＯ_２部位との反応熱の差
ＴＨＦ＝煙道ガス蒸気中の全熱源－顕熱＋ＣＯ_２反応熱＋水凝縮熱－（天然ガスの熱値は一定ではないことに留意されたい）

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に記載されているか、またはそれらから明らかである。

本発明の例示的な実施形態に係わる、大気から二酸化炭素を除去するために相互作用する一対の回転マルチ捕捉構造体システムの概略上面図であり、各ループおよび各群の捕捉構造体のための勾配水準の再生チャンバを示し、再生チャンバの各々のすぐ上流の２つの捕捉構造体が密封的なハウジング内に示されており、密封的なハウジングが浄化された煙道ガスを捕捉構造体に供給するための密封的な導管を備えている。

図１の捕捉構造体から二酸化炭素を除去するための一対の再生チャンバの概略図であり、チャンバの１つに接続されたいくつかの入口および出口導管、ならびに２つのチャンバを接続する密封的な接続導管を示す。

隣接ループの各々の上の再生チャンバおよび煙道ガス捕捉構造体の概略図であり、各チャンバおよびチャンバ間の配管システム構成を示す。

相対的に静止し、かつ、各捕捉構造体と共に回転するファンをそれぞれ示す概略立面図である。

図４の二重誘導軸ファンおよびプレナムの設計の概略側面図である。

回転マルチ捕捉構造体システムの相互作用対のうちの１つの概略立面図であり、大気から二酸化炭素を除去するためのトラック水準の再生チャンバ、および、ＣＯ_２捕捉のための煙道ガス流を処理するための直前の２つの捕捉構造体ハウジングを示す。

最後の吸着段階とＣＯ_２脱着回生ステップとの間のこのシステムの一般的な動作を示す概念図であり、吸着段階のすべてが周囲の空気を処理するシステムを示す。

本システムの本発明の好ましい実施形態の１つである、最後の吸着煙道ガス段階とＣＯ_２脱着再生ステップとの間の一般的な動作を示す概念図であり、この実施形態では、「脱着ユニット」のすぐ上流にある最後の吸着段階、例えば、第９段階は、純粋なまたは周囲の空気と混合された煙道ガスを受け取り、次の先行段階、例えば第８段階は、第９段階からの排気、その排気と周囲の空気の混合物、または周囲の空気のみを第９段階排気の組成に応じて受け取ることができる。

本システムの本発明の別の好ましい実施形態である、最後の吸着混合空気煙道ガス段階とＣＯ_２脱着および再生ステップとの間の一般的な動作を示す概念図であり、この実施形態では、「脱着ユニット」のすぐ上流にある最後の吸着段階、例えば第９ステージは、周囲の空気と混合された煙道ガスを受け取る。

ハウジングの各々が勾配水準にあり、各捕捉構造体がトラックに沿って移動して、各捕捉構造体が各ハウジングに入力するときに、脱着ユニット内の、または煙道ガス吸着ユニットハウジングのうちの１つ内の各捕捉ユニットのすべての側面の周りに延在するシールの一例を示す。

本発明の本実施形態のより詳細な説明
上述のこれらの動作を実行するシステムの設計の簡略化された描写が、図１～６に示されている。必要とされる操作および補助機器の詳細な説明は、以下に記載されており、共通の米国特許第１０，４１３，８６６号および第１０，５１２，８８０号に示されているものと同様である。

この実施形態では、１０個の「捕捉構造体」が存在する。捕捉構造体は十角形構成に設置され、実質的に円形または弧状のトラック上に設置されることが好ましいが、その限りではない。各処理ユニットに関連付けられた２つの実質的に円形（または卵形）／十角形アセンブリが存在し、それらは示されるように相互作用する。この好ましい実施形態では、捕捉構造体の内側に設置された誘導式通風ファンによって空気が捕捉構造体を通過される。１つの場所では、捕捉構造体は、処理のために、トラックに沿って移動するときに、各捕捉構造体が挿入される単一の密封的なチャンバボックスに隣接する位置にある。密封的な再生チャンバボックス内で、それらは１３０℃以下、より好ましくは１２０℃以下、最適には１００℃以下の温度に、好ましくは処理熱蒸気で加熱され、吸着剤からＣＯ_２を放出して吸着剤を再生させる。代替的に、再生チャンバは、勾配の上方または下方であることができる。この実施形態において、捕捉構造体によるＣＯ_２の吸着時間は、吸着剤再生時間の１０倍長くなることが好ましい。

捕捉構造体において多孔質モノリシック基材を使用することが好ましいが、可能であれば、捕捉構造体上のフレーム内に支持される多孔質粒子、すなわち、粒状材料の静止ベッドを使用してよいことを理解されたい。いずれの場合も、粒子捕捉構造体が吸着剤を担持するためのモノリス捕捉構造体と同一孔体積を有する場合、多孔質基材はＣＯ_２用のアミン吸着剤を担持することが好ましい。

概略図は、本発明に係るシステムの基本的な動作概念を図式化して示している。各々が十角形アセンブリ構成に設置され、円形トラック３１、３３上で移動可能に支持された１０個の「捕捉構造体」２１、２２が存在する。各処理ユニットに関連付けられた２つの円形／十角形アセンブリであるＡ、Ｂが存在し、それらは相互に作用する。空気または煙道ガスは、十角形アセンブリの各々の半径方向内側に設置された誘導通風ファン２３、２６によって捕捉構造体２１、２２の各々を通過し、各捕捉構造体の内周面からシステムから離れる方向に排気ガスのフローを誘発する。トラック３１、３３に沿った１つの位置で、捕捉構造体２１、２２は、密封的な再生ボックス２５、２７に隣接しており、捕捉構造体２１、２２は、トラックの周りの１つの回転を完了した後、再生処理のためにその中に挿入される。

したがって、図１および２に示されるように、第１の捕捉構造体２１は、処理のために再生ボックス２５内の位置まで回転される。それは、勾配上の再生ボックス２５のためである。捕捉構造体が再生ボックス２５内の位置にあるとき、トラックに沿った移動は、捕捉構造体のすべてに対して停止される。代替的に、トラックの直径および捕捉構造体を大きくすることによって、かつ、再生ボックスおよび任意の煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）上に適切な密封システムを有することによって、継続的な移動が可能となる。捕捉構造体２１，２２が再生されて、捕捉構造体のすべてが移動するとき、図１に示すように、再生された捕捉構造体は再生ボックス２５，２７から移動され、それにより、次の捕捉構造体２１，２２が煙道ガスを処理した後に移動され得る。この処理は実質的に継続的に繰り返される。図面に示される好ましい実施形態では、各トラック上の捕捉構造体の１つ以上は、煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）から移動する。そのタイミングは煙道ガス脱着のタイミングと一致することが好ましい。代替的に、捕捉構造体が再生ボックスおよび１つ以上の煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）に入力する毎に、捕捉構造体の移動は停止され得る。次いで、脱着および煙道ガス吸着が完了すると、移動が再開される。

しかしながら、上記で説明したように、本プロセス発明は、低温（好ましくは周囲～１００℃）の半連続処理であり、処理の各フェーズで一方向の質量輸送を有する。この処理のさらなる新規の態様では、ガス混合物からＣＯ_２を捕捉する反応が、（アミノポリマー上の１つの好ましい実施形態では）再生可能材料で生じ、再生可能材料、例えば、アミノポリマー吸着剤が多孔質基材内に含浸されている状態で生じることが好ましい。

好ましい実施形態では、吸着剤担持捕捉構造体は、各捕捉構造体を形成するためのフレームワークによって順に支持されるモノリシック基材を含む。

２つの十角形リングアセンブリは相互に動作するが、各十角形リングのための捕捉構造体は、以下に説明するように、わずかに異なる時間にそれらの脱着／再生ボックスの内外に移動される。これにより、例えばボックス２５での再生が完了したときに、例えば、ボックス２５とボックス２７との間で熱を通過させて他方のボックス、例えば再生ボックス２７に予熱を与えることが可能となる。これにより、再生開始時の熱を節約し、再生後の捕捉構造体の冷却コストを削減する。

再生ボックス２５，２７の設置場所は、連続した動きを許容しない、回転する捕捉構造体の上方または下方、あるいは勾配水準の３カ所が利用可能である。米国特許第１０，４１３，８６６号および同第１０，５１２，８８０号を参照されたい。

再生チャンバ３２７は、回転捕捉構造体アセンブリの勾配上に設置される。ボックスは、保守および処理配管のための適切なアクセス性を備えて、同様に勾配上に設置されている。好適な相互の密封面は、ボックス上および各捕捉構造体上に設置され、それにより、捕捉構造体がボックス内の位置に移動すると、移動が上昇している再生ボックス内への上向きであるか、または、勾配よりも低い再生ボックス内への下向きであるか、あるいは、勾配上の再生ボックスへの直進であるかどうかに関わらずに、ボックス３２７は密封される。煙道ガス吸着ハウジング（１２１、２２１、１２２、２２２）が勾配上あるいは勾配より下方または上方であり得る実施形態でも同様である。また、煙道ガスまたは部分的に洗浄された煙道ガスを捕捉構造体内に供給するために、トラックに沿った直前の位置のためのオプションの閉鎖チャンバも存在する。

すべての場合において、補助機器（ポンプ、制御システムなど）は、回転捕捉構造体アセンブリ３９を支持するトラックの円周内または外側の勾配に設置されることが好ましい。

再生ボックスおよびハウジングは、本発明の概念または範囲から逸脱することなく、特定の状況において異なる水準で設置され得る。

本発明の範囲内にある代替の設計は、一対の再生ボックスであるチャンバ２５がトラックに沿って移動することができるシステムを提供する。これは、再生ボックス２５が広範囲に分離されないように、トラック設計が直線トラックに沿った捕捉構造体による往復運動が可能である場合に最適である。従来技術における既存の開示された装置と比較して、これは以下の通りである。
構造体用鋼材を最小限に抑える。
格納容器としてのみ機能する再生ボックスを除き、すべての主要機器を勾配水準で配置する。
ボックスがトラックと異なる水準にある場合、捕捉構造体への空気のフローを確実に干渉させない。
捕捉構造体のすべてを回転させて、それらを再生ボックス内に移動させる、より大きなマルチユニットシステムの移動を防止する。
効率を高めるために望ましい熱交換を許容にするために、２つの再生ボックスを最小限の間隙で隣接させることが可能となる。

必要な機械および動力を備えた機械的動作には、以下が含まれる。
支持構造体上の実質的に円形のトラックの周りに２セットの捕捉構造体アセンブリを回転させ、捕捉構造体が停止される位置まで構成要素を正確に位置決めして、捕捉構造体を再生ボックスおよび任意の煙道ガス吸着ハウジングの内外へ確実に、かつ自由に移動させる。
捕捉構造体または基材のみを取り外し、捕捉構造体を再生ボックスへ挿入し、捕捉構造体を再生ボックスから取り外し、捕捉構造体をトラックアセンブリ上のその位置に再挿入する。これらの移動のすべては垂直方向に、または代替的にトラック上の水平回転運動の一部として生じる。捕捉構造体および再生ボックスは、垂直に移動可能な捕捉構造体に対して、捕捉構造体の各々の上部または下部とボックスの支持構造体との間に実質的に気密シールが存在するように設計される。このような再生ボックスまたは煙道ガス吸着ハウジングの勾配に対して、シールが側面ならびに上面および底面にあり得る。あるいは、捕捉構造体が再生ボックスまたは煙道ガス吸着ハウジング内に移動するときに閉じる密封ドアが存在し得る。そのようなシールのいくつかの概念設計の例は、以前に発行された米国Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇｅｒの特許および本出願の図１０に示されている。

１つの好ましい実施形態の全ての場合において、図１～９を参照すると、捕捉構造体２１－１（リングＡ）は、所定の位置に回転され、次いで、処理のために再生または脱着、ボックス２５に移動される。（捕捉構造体２１－１、リングＡを収容する）脱着ボックス２５内の圧力は、例えば、真空ポンプ２３０を使用して、０．２バール未満に低下される。ボックス２５は、ライン２３５を介して大気圧で蒸気を用いて加熱される。捕捉構造体２１－１からＣＯ_２が生成され、コンデンサ２４０上で分離されるＣＯ_２および凝縮液のためのボックス２５から出口配管２３７を介して除去される（図３）。次いで、上記（図３）のように、ボックス２５が処理されている間に捕捉構造体２２－１（リングＢ）がボックス２７（リングＢ）に配置される。ボックス２５への蒸気供給が停止され、ＣＯ_２および凝縮液の出口配管が分離される。ボックス２５およびボックス２７は、接続配管１２５（図３）内の弁１２６を開放することによって接続される。

ボックス２７内の圧力は、ボックス２７に関連付けられた真空ポンプ３３０を使用して低下される。これにより、双方のボックス内のシステム圧力を低下させ、ボックス２５に残存する蒸気および不活性要素がボックス２７を通して引き出され、次いで真空ポンプに引き出される。これにより、ボックス２５（および、それゆえ捕捉構造体２１－１、リングＡ）をより低い温度（すなわち、ボックス内の蒸気の分圧における飽和温度）に冷却して、捕捉構造体２１－１が空気流に戻されて配置されるときの吸着剤の酸素非活性化の可能性を低減する。この処理はまた、ボックス２７（および、それゆえ捕捉構造体２２－１、リングＢ）を、ボックス２５内の蒸気の分圧で周囲温度から飽和温度まで予熱する。したがって、エネルギーが回収され、第２のボックス２７（捕捉構造体２２－１リングＢ）を加熱するのに必要な大気圧蒸気の量が低減される（図３）。真空ポンプ３３０がボックス２５および２７内の圧力を低下させると、第１のボックス２５の温度が（おおよそ１００℃からある程度の中間温度まで）低下し、第２のボックス２７の温度が（周囲の温度から同一の中間温度まで）上昇する。ＣＯ_２および不活性ガスは、真空ポンプ３３０によってシステムから除去される。

第１のボックス２５と第２のボックス２７との間の弁が閉じられて、ボックスは相互に分離される。捕捉構造体２１－１リングＡは、捕捉構造体が空気流中に戻されて配置されるときに、吸着剤の酸素非活性化が懸念される温度よりも低い温度まで冷却される。第２のボックス２７および捕捉構造体２２－１、リングＢは予熱されているため、ボックスおよび捕捉構造体を加熱するために必要な蒸気の量が減少する。次いで、捕捉構造体２１－１リングＡが捕捉構造体アセンブリ内に移動される。リングＡ捕捉構造体アセンブリは、１つの捕捉構造体によって回転され、次いで、捕捉構造体２１－２リングＡは、予熱の準備ができているボックス２５に挿入される。ボックス２７は大気蒸気で加熱され、剥離されたＣＯ_２が回収される。

（捕捉構造体２２－１リングＢを収容する）第２のボックス２７が完全に再生されたとき、ボックスＢへの蒸気供給は分離され、ＣＯ_２および凝縮液の配管は弁２４１、２４２を使用して分離される。第１のボックス２５と第２のボックス２７との間の弁１２６が開放され、ボックス２５、２７内の圧力は、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下される。第２のボックス２７（それゆえ捕捉構造体２２－１、リングＢ）の温度は低下する（上記５参照）。（捕捉構造体２１－２、リングＡを収容する）第１のボックス２５の温度が上昇する（上記５を参照）（図５Ｇ）。真空ポンプ２３０は、ボックス２５、２７内の圧力を低下させる。ボックス２５の温度が（おおよそ１００℃からある中間温度まで）低下する。ボックス２７の温度が（周囲温度から同一中間温度まで）上昇する。ＣＯ_２および不活性ガスは、真空ポンプ２３０によってシステムから除去される。捕捉構造体２２－１、リングＢは、リングアセンブリ内に戻され、アセンブリは１つのベッドを回転させる。次いで、捕捉構造体２２－２、リングＢがボックス２７に挿入される。（捕捉構造体２１－２リングＡを収容する）ボックス２５を大気蒸気で加熱して、ＣＯ_２を放出させて吸着剤を再生する（図５Ｈ）。次に、ボックス２７の予熱が上述のように行われる。十角形は何度も回転するため、すべてのベッドでこの処理が繰り返される。

双方のリングが再生ボックスへ入力する直前に一対の煙道ガス吸着ハウジングを備える、図８に示される好ましい実施形態を扱う場合、好ましくは前処理された煙道ガスの供給が提供される。例えば、再生ボックスの直前の第９の吸着段階には、通常約１０～１５％のＣＯ_２を有する前処理された煙道ガス、または前処理された煙道ガスと周囲の空気との混合物のいずれかが供給される。その段階からの排気は、例えば、２～８％のＣＯ_２を含有することができる。好ましくは、上限範囲のＣＯ_２が排出されるとき、最も好ましくは、排ガスが直前の脱着段階のハウジングに通してさらに吸着され、排ガスを大気中に排出するのに適した程度に低減させる。

好ましい設計パラメータ
システム設計のための現行の好ましい基本原理は以下のとおりである。
移動させる捕捉構造体のそれぞれの重量：
１，５００～１０，０００ｌｂｓ．（支持構造体を含む）
ベッドのおおよそのサイズ：幅：５～６メートル
高さ：９～１０メートル
深さ：０．１５～１メートル

捕捉構造体の大きさは、システムの各対の地理的位置における特定の条件および所望の、すなわち達成可能な処理パラメータに応じて調整され得ることに留意されたい。

十角形リングの各々に１０個の捕捉構造体を備えるシステムに対して、好ましい円形／十角形構造体の外系の大きさは、約１５～１７メートル、好ましくは約１６．５メートルである。捕捉構造体支持構造体は、例えば、電気モータおよび駆動輪によってトラックに沿って個別に駆動されてもよい。あるいは、支持構造体は、トラックに沿った特定の位置、ならびにトラックおよび閉ループの周囲のすべての構造体を駆動するために使用される単一の大きなモータに固定されてもよい。いずれの場合も、再生ボックスは１つの場所に配置され、支持構造体の１つが再生ボックス内に移動されるように設置されたときに、構造体のすべてがそれらの移動を停止することができる。単一の駆動モータまたはエンジン、あるいは複数の駆動モータまたはエンジンの経済性は、場所および駆動が電気モータによって達成されるか、またはいくつかの燃料駆動エンジンによって達成されるかなどの多くの要因に依存する。駆動ユニットの性質自体は、本発明の主要な特徴ではなく、多くは当業者に周知である。適切なエンジンの例は、例えばスターリングエンジンサイクルを使用して動作する内燃または外燃機関あるいはガス圧駆動エンジン、処理蒸気機関、あるいは、油圧または空気圧機関を含む。

再生ボックスがトラック水準の上方に設置されている場合、上部はトラック水準の約２０メートル上方にある。再生ボックスがトラックの勾配の下方に設置されている場合、ボックスの上部はトラックの勾配のすぐ下方にある。勾配上のボックスは、再生中にボックス内の捕捉構造体を完全に収容するために、捕捉構造体の上部より最小限の高さで配置される。

再生ボックスが勾配上にない場合、捕捉構造体を再生ボックスの内外に移動させるための昇降システムは、３０秒～１２０秒、好ましくは３０秒～４５秒の範囲内の期間中にボックスの内外への移動を達成することができるはずである。期間が短いほど、処理パラメータの柔軟性が向上する。大規模な捕捉構造体を移動させるには、ある種の固有の力学的制限があることが認識される。再生ボックスが勾配上にある場合の１つの利点は、垂直方向の移動が不要なことである。捕捉構造体は回転運動の一部としてボックス内に回転して密閉するだけなので、垂直方向の移動、時間の損失、エレベータの追加資本コストを避けられる。いずれの場合も、捕捉構造体の２つのエッジが固体であり、再生ボックスのエッジとシールを形成する。

米国特許出願第１３／０９８，３７０号（現在の米国特許出願第８，５００，８５５号） 米国特許出願第９，９２５，４８８号

Claims (20)

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、一群の二酸化炭素除去構造体であって、各郡内の各除去構造体が前記構造体上に支持された多孔質固体基材を備え、各多孔質基材がその細孔内に担持された吸着剤を有し、前記吸着剤が二酸化炭素を吸着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できる、一群の二酸化炭素除去構造体と、前記除去構造体の前記群のための無限ループ支持体であって、前記無限ループ支持体が、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た各群の前記除去構造体の移動を可能にするように配置された、無限ループ支持体と、１つの除去構造体が密封的に設置され得る、前記無限ループ支持体に沿った１つの位置での密封的な再生ボックスであって、除去構造体がその中の所定の位置で密封されると前記吸着剤によって吸着された二酸化炭素が前記吸着剤から剥離および捕捉され、前記吸着剤が再生される、密封的な再生ボックスと、を備え、前記吸着剤が前記ガス混合物からのＣＯ_２の除去を可能にするように二酸化炭素含有ガス混合物のフローに晒されるような位置で、前記除去構造体の各々が前記多孔質基材を支持し、前記再生ボックスの数に対する前記除去構造体の数が、（前記ガス混合物からＣＯ_２を除去するための）吸着時間と（前記多孔質基材上の前記吸着剤からＣＯ_２剥離させるための）再生時間との比率によって直接的に決定され、前記吸着時間は、前記吸着剤上にガス混合物からＣＯ_２を、前記吸着剤のベースレベルから所望のレベルまで吸着する時間であり、前記再生時間は、前記吸着剤上の前記所望のレベルを前記ベースレベルに戻すまで前記ＣＯ_２を剥離させる時間であり、前記システムが、トラックに沿った１つの位置で第１のチャンバをさらに備え、前記第１のチャンバが、前記トラックに沿って移動する各捕捉構造体を密閉して収容するように設計されており、
   前記第１のチャンバが、ＣＯ_２含有煙道ガスの供給源に接続されるように設計された入口と、前記ＣＯ_２の少なくとも一部が前記吸着剤によって吸着された後のＣＯ_２浄化煙道ガスのための出口とを備える、システム。
2. 前記第１のチャンバが、前記再生ボックスの直ぐ隣に設置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記煙道ガスが前記第１のチャンバ内に流動されると、前記第１のチャンバが、前記第１のチャンバ内の前記捕捉構造体を密封するように設計される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１のチャンバの内側に設置されたシールと前記捕捉構造体の各々の外側に設置されたシールとの組み合わせをさらに備え、前記シールの組み合わせが、煙道ガスの前記第１のチャンバ内からの漏出を防止するように前記第１のチャンバ内の前記捕捉構造体を密封するように設計されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のチャンバの上流の前記トラックに沿った位置で第２のチャンバをさらに備え、
   前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバに入力する前に前記トラックに沿って移動する各捕捉構造体を密封して収納するように設計されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１のチャンバからの前記出口を前記第２のチャンバへの前記入口に接続するように設計された弁付き導管をさらに備え、前記第２のチャンバ内の捕捉構造体が、前記第１のチャンバから排出される任意のＣＯ_２浄化煙道ガスに晒されるように設計された、請求項５に記載のシステム。
7. 第２の群のそれぞれの二酸化炭素除去構造体であって、各郡内のそれぞれの各除去構造体が、前記除去構造体上に支持された多孔質固体基材を備え、各多孔質基材がその細孔内に担持された吸着剤を有し、前記吸着剤が二酸化炭素を吸着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できる、第２の群の二酸化炭素除去構造体と、
   前記除去構造体の前記第２の群のための第２の無限ループ支持体であって、前記第２の無限ループ支持体が、閉曲線に沿った前記第２の群の前記それぞれの除去構造体の移動を可能にするように配置された、第２の無限ループ支持体と、１つの除去構造体が密封的に配置され得る、前記無限ループ支持体の各々に沿った１つの位置での第２の密封的な再生ボックスであって、１つの除去構造体がその中の所定の位置で密封されると前記吸着剤に吸着された二酸化炭素が前記吸着剤から剥離および捕捉され、前記吸着剤が再生される、第２の密封的な再生ボックスと、をさらに備え、前記密封的な再生ボックスが前記再生ボックスを処理蒸気の発生源に接続する密封的な導管をさらに備え、導管が前記再生ボックスからガスを除去するための排気ポンプに接続し、前記第２の群の除去構造体の各々は、前記基材の少なくとも１つの主要表面が二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒され、前記基材の反対側の主要表面が大気に直接晒され、かつ、前記吸着剤が二酸化炭素含有ガス混合物のフローに晒されると前記ガス混合物からＣＯ_２を除去可能となる、前記再生ボックスの外部の前記閉ループ支持体に沿った位置で多孔質基材を支持し、前記再生ボックスの数に対する前記除去構造体の数が、（前記ガス混合物からＣＯ_２を除去するための）吸着時間と（前記多孔質基材上の前記吸着剤からＣＯ_２剥離させるための）再生時間との比率によって直接的に決定され、前記吸着時間は、前記吸着剤上にガス混合物からＣＯ_２を、前記吸着剤のベースレベルから所望のレベルまで吸着する時間であり、前記再生時間は、前記吸着剤上の前記所望のレベルを前記ベースレベルに戻すまで前記ＣＯ_２を剥離させる時間である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記２つの群の二酸化炭素除去構造体が相互に実質同一である、請求項７に記載のシステム。
9. 各再生ボックスと除去構造体が前記再生ボックス内で密封された後に前記密封された再生ボックス内の前記大気圧を低減させるための排気ポンプとの間の密封的な流体接続部と、前記再生ボックスの各々と各再生ボックスのための処理熱蒸気の発生源との間の密封的な流体接続部と、各再生ボックスとＣＯ_２回収チャンバとの間の密封的な流体接続部と、をさらに備え、
   前記２つの群の二酸化炭素除去構造体の各々の回転運動は、前記再生ボックスの一方の二酸化炭素除去構造体の再生が開始された後に、前記再生ボックスの他方の二酸化炭素除去構造体が入力するようにオフセットされる、請求項８に記載のシステム。
10. 前記吸着剤が高分子アミンである、請求項９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方法であって、前記二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒されながら、閉無限ループの周りで一群のそれぞれの一群の二酸化炭素除去構造体を移動させることであって、前記群内の各除去構造体が前記構造体上に支持された多孔質固体基材を備え、各多孔質基材がその細孔内に担持された吸着剤を有し、前記吸着剤が二酸化炭素を吸着または二酸化炭素に結合して、吸着時間の間にガス混合物から二酸化炭素を除去することができる、移動させることと、１つの除去構造体がその中の所定の位置に密封されているときに、前記吸着剤に吸着された二酸化炭素が前記吸着剤から除去されて捕捉され、再生時間の間に前記吸着剤が再生されるように、前記無限ループ支持体に沿った１つの位置で再生ボックス内に二酸化炭素除去構造体を密封的に配置することと、を含み、前記閉無限ループ上で前記多孔質基材を支持する前記除去構造体の各々が、前記除去構造体が前記再生ボックス内に配置されるときを除いて、前記ガス混合物からのＣＯ_２の除去を可能にするように、前記吸着剤が二酸化炭素含有ガス混合物のフローに連続的に晒されるような内部の位置にあり、前記除去構造体が前記再生ボックス内に配置されると、前記吸着剤が１３０℃未満の温度の処理熱に晒されて、前記吸着剤から前記ＣＯ_２が剥離され、前記再生ボックスの数に対する前記除去構造体の数が、前記吸着時間と前記再生時間との比率によって直接的に決定され、前記吸着時間は、前記各構造体が前記二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒されている間に前記吸着剤上のガス混合物からのＣＯ_２を前記吸着剤上のベースレベルから所望のレベルに吸着する時間であり、前記再生時間は、前記各構造体が前記再生ボックス内にある間に前記吸着剤上の前記所望のレベルを前記ベースレベルに戻すまで吸着剤上のＣＯ_２を吸着する時間であり、
    前記方法が、前記トラックに沿って設置された第１のチャンバ内にＣＯ_２含有煙道ガスを流入させることであって、前記第１のチャンバが前記トラックに沿って移動する各捕捉構造体を密封的に含有し、前記捕捉構造体上の前記多孔質基材内の前記吸着剤が、吸着時間の間に前記煙道ガスから二酸化炭素を吸着および除去する、流入させることと、前記トラックに沿って前記第１のチャンバから前記捕捉構造体を移動させる前に、前記第１のチャンバから前記ＣＯ_２浄化煙道ガスを通過させることと、をさらに含む、方法。
12. 前記第１のチャンバが、前記再生ボックスの直ぐ隣に配置される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１のチャンバの上流の前記トラックに沿って設置された第２のチャンバをさらに設け、
    前記第２のチャンバが、前記第１のチャンバに入力する前に前記トラックに沿って移動する各捕捉構造体を密封して収納する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のチャンバからの前記出口と、前記第２のチャンバへの前記入口とを接続するように設計された導管が設けられ、前記第２のチャンバ内の前記捕捉構造体を、前記第１のチャンバから排出される任意のＣＯ_２浄化煙道ガスに晒すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 第２の群の除去構造体および前記第２の群を支持するための第２の移動無限ループを設けることであって、それらの各々が前記第２の閉無限ループの周りを移動し、各群内の各除去構造体が前記除去構造体の各々に支持された多孔質固体基材を含み、各多孔質基材がその細孔内に担持された吸着剤を有し、前記吸着剤が二酸化炭素を吸着または二酸化炭素に結合することができる、設けることと、
    吸着時間の間に、それぞれの各二酸化炭素除去構造体を前記二酸化炭素含有ガス混合物の流れに晒して、前記ガス混合物から二酸化炭素を除去することであって、前記ガス混合物からのＣＯ_２の除去が可能になるように、前記吸着剤が二酸化炭素含有ガス混合物のフローに晒されるような位置に、その閉無限ループのそれぞれの上で前記多孔質基材を支持する前記除去構造体の各々がある、除去することと、
    各ループに隣接する再生ボックスを１つの場所に設けることと、
    前記無限ループ支持体の各々に沿った１つの場所で、前記二酸化炭素除去構造体のうちの１つを再生ボックス内に順次密封的に配置することと、
    １つの除去構造体がその中の所定の位置に密封されたとき、前記吸着剤上に吸着された二酸化炭素が、前記吸着剤から剥離されて捕捉され、前記吸着剤が再生されるように、再生時間中に各再生ボックス内に密封的に配置された各除去構造体上に前記吸着剤を１３０℃未満の温度の処理熱に晒してＣＯ_２を前記吸着剤から剥離させることと、を含み、
    各ループに隣接して設けられた再生ボックスの数に対して、各ループに設けられた除去構造体の数が前記吸着時間と前記再生時間との比率によって直接的に比例し、かつ、決定され、前記吸着時間は、前記吸着剤上のガス混合物からのＣＯ_２を前記吸着剤上のベースレベルから所望のレベルに吸着する時間であり、前記再生時間は、前記吸着剤上の前記所望のレベルを前記ベースレベルに戻すまで吸着剤上のＣＯ_２を剥離する時間である、請求項１２に記載の方法。
16. 除去構造体が前記再生ボックス内に密封された後、各密封された再生ボックス内の大気圧を減少させることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記再生ボックス内の前記大気圧が減少した後に、処理熱蒸気を前記再生ボックスに通過させ、前記ＣＯ_２を剥離することと、前記剥離されたＣＯ_２を前記再生ボックスからＣＯ_２回収チャンバ内に通過させることと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記２つの群の二酸化炭素除去構造体群の一方が隣接する第１の再生ボックスを有し、前記２つの群の二酸化炭素除去構造体群の他方が隣接する第２の再生ボックスを有し、前記方法が、前記第１の再生ボックス内で二酸化炭素除去構造体の再生が開始した後に、二酸化炭素除去構造体が前記再生ボックスの前記第２の再生ボックスに入力するように前記２つの群の二酸化炭素除去構造体の各々の前記回転移動をオフセットさせることと、
    前記他方の再生ボックス内の前記大気圧を予め設定された圧力に減少させることと、前記第１の再生ボックス内の前記除去構造体の指定された再生が完了した後に前記２つの再生ボックス間の密封された接続部を開放し、前記第１の再生ボックス内の残りの蒸気を引き出して前記第２の再生ボックスを予熱し、前記第１の再生ボックス内の前記除去構造体を冷却することと、前記冷却された除去構造体を前記第１の再生ボックスから前記無限ループ上に戻すことと、前記除去構造体が前記無限ループの周りを移動し、前記再生ボックスに周期的に再入力するようにこのサイクルを継続することと、をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
19. 前記処理熱が処理熱蒸気の形態で前記再生ボックスに追加され、前記再生ボックスの各々内で再生が終了すると、そのボックス内に蒸気が残り、他のｒボックス内の前記大気圧を予め設定された圧力に減少させることと、前記第１の再生ボックス内の前記除去構造体の指定された再生が完了した後に、前記２つの再生ボックス間の密封された接続部を開放し、前記第１の再生ボックス内の残りの蒸気を引き出して、前記第２の再生ボックスを予熱し、前記第１の再生ボックス内の前記除去構造体を冷却することと、前記冷却された除去構造体を前記第１の再生ボックスから再び前記無限ループ上に除去することと、前記除去構造体が前記無限ループの周りを移動し、前記再生ボックスに循環的に再入力するように、このサイクルを継続することと、を含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記処理熱蒸気が、約１２０℃以下の温度で各再生ボックスに入力し、前記第２の再生ボックスが約６０℃以下の温度に予熱され、前記第１の再生ボックスが、前記吸着剤が非活性化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。

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