JP2024034883A - 二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より経済的で、かつ効率の高い二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素回収装置は、大気に開放された吸気口、及び排気口を有する第一吸着室と、ファンと、第一吸着室を閉止可能なダンパーと、二酸化炭素を吸着可能な第一吸着部と、第一吸着室に併設された第二吸着室と、第一吸着室と第二吸着室とを接続する接続配管と、第二吸着室内に配置され、二酸化炭素を吸着可能な第二吸着部と、接続配管上に設けられた開閉弁と、第一吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第一脱離部と、第二吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第二脱離部と、第二吸着部に接続され、第一吸着室内、及び第二吸着室内のガスを吸引可能な吸引部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法に関する。

近年、カーボンニュートラルの観点から、大気中に含まれる二酸化炭素の濃度に注目が集まっている。二酸化炭素濃度を下げるための措置の一例として、これまでにＤＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅ）と呼ばれる技術が提唱されている。この技術では、吸着室に導かれた大気に含まれる二酸化炭素を吸着剤によって吸着した後、吸着室内を減圧したり、加熱したりすることで、吸着材から脱離した二酸化炭素を外部に吸引・貯留したり、有効利用したりする方法が採られる（例えば下記特許文献１、及び下記特許文献２参照）。また、ガスを吸着剤によって吸着する技術の一例としては、下記特許文献３に示される原子力発電設備での希ガスの処理方法が知られている。

ここで、二酸化炭素を脱離させるに当たって吸着室の圧力を下げる場合には、当該吸着室の気密を確保するために、吸着室の入口、及び出口をシール性能の高いダンパー等で隔離する必要がある。また、吸着室自体を高耐圧構造にする必要がある。

特許第６６５９７１７号公報 特許第６６２２３０２号公報 特許第６６９７５３５号公報

しかしながら、上記のようにシール性能の高いダンパーや、高耐圧構造の吸着室を用意することは、製造コスト・メンテナンスコストの面で不利である。このため、より経済的で、かつ効率の高い二酸化炭素回収装置に関する要請が高まっていた。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より経済的で、かつ効率の高い二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る二酸化炭素回収装置は、大気に開放された吸気口、及び排気口を有する第一吸着室と、前記吸気口から前記排気口に向かう方向に空気の流れを形成するファンと、前記排気口を閉止可能なダンパーと、前記第一吸着室内に配置され、空気に含まれる二酸化炭素を吸着可能な第一吸着部と、前記第一吸着室に併設された第二吸着室と、前記第一吸着室と前記第二吸着室とを接続する接続配管と、前記第二吸着室内に配置され、前記接続配管から流入したガスに含まれる二酸化炭素を吸着可能な第二吸着部と、前記接続配管上に設けられた開閉弁と、前記第一吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第一脱離部と、前記第二吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第二脱離部と、前記第二吸着部に接続され、前記第一吸着室内、及び前記第二吸着室内のガスを吸引可能な吸引部と、を備える。

本開示に係る二酸化炭素回収方法は、上記の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法であって、前記開閉弁を閉止した状態で、前記ダンパーを開放しつつ前記ファンを駆動することで前記第一吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記ダンパーを閉止し、前記開閉弁を開放した状態で、前記第一脱離部を駆動して前記第一吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させ、前記吸引部を駆動することで前記脱離した二酸化炭素を含むガスを、前記接続配管を通じて前記第二吸着室に導くことで前記第二吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記開閉弁を閉止した状態で、前記吸引部、及び前記第二脱離部を駆動することで、前記第二吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップと、を含み、前記第一吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記第二吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップとが並行して実行される。

本開示によれば、より経済的で、かつ効率の高い二酸化炭素回収装置、及び二酸化炭素回収方法を提供することができる。

本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を示す模式図である。 本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収方法の各ステップを示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収方法における一のステップの状態を示す説明図である。 本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収方法における他のステップの状態を示す説明図である。 本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の変形例を示す模式図である。 本開示の実施形態に係る第一吸着室の変形例を示す模式図である。

以下、本開示の実施形態に係る二酸化炭素回収装置１、及び二酸化炭素回収方法について、図１から図４を参照して説明する。

（二酸化炭素回収装置の構成）
本実施形態に係る二酸化炭素回収装置１は、大気中に含まれる二酸化炭素を直接的に吸着・回収するための装置である。図１に示すように、この二酸化炭素回収装置１は、第一吸着室１０と、第一吸着部１１と、ファン１２と、ダンパー１３と、第二吸着室２０と、第二吸着部２１と、接続配管３０と、開閉弁３１と、第一冷却器３２と、第一脱離部４１と、第二脱離部４２と、吸引部５０と、第二冷却器６１と、濃度計測部７０と、回収配管８０と、大気放出配管８１と、凝縮水排出管８２と、第三開閉弁９３と、第四開閉弁９４と、を備えている。

第一吸着室１０は、大気に開放されて空気を取り入れ可能な吸気口１０ａと、この吸気口１０ａとは反対側に設けられた排気口１０ｂと、を有する。排気口１０ｂには、吸気口１０ａから排気口１０ｂに向かう方向に空気の流れを形成するファン１２が設けられている。ファン１２は、回転駆動されることで上記の空気の流れを発生させる。なお、以下の説明では、空気の流れて来る方向を単に「上流側」と呼び、その反対側を「下流側」と呼ぶことがある。

排気口１０ｂにおけるファン１２よりも上流側には、当該排気口１０ｂを閉止可能なダンパー１３が設けられている。ダンパー１３は板状をなし、紙面に対して垂直な水平方向に延びる回動軸回りに回動自在に支持されている。ダンパー１３は簡易的な構造を有し、排気口１０ｂから後述する接続配管３０へ、二酸化炭素が捕集されていない大気が導入されることを抑制する。

第一吸着室１０の内部には、第一吸着部１１が配置されている。第一吸着部１１は、第一吸着室１０内を流れる空気に含まれる二酸化炭素を物理的もしくは化学的に捕集・吸着可能な物質で形成されている。第一吸着部１１としては、二酸化炭素の濃度が低い大気中の空気を処理する事から通気量が大きくなるため、圧力損失が低く、比表面積の大きい多孔式構造体が用いられる。一例として、第一吸着部１１は、空気の流れ方向に開口する多数の孔を有するハニカム構造を有している。つまり、第一吸着部１１による空気の流れに対する圧力損失は、後述する第二吸着部２１よりも小さくなっている。なお、第一吸着部１１としては、ハニカム構造の他に、格子状、繊維状などの吸着材を採用しても良い。

第一吸着室１０の内側もしくは外側であって、第一吸着室１０内のガスの流れ方向に垂直な方向から見て、第一吸着部１１と重なる領域には、第一脱離部４１が設けられている。第一脱離部４１は、第一吸着部１１が吸着した二酸化炭素を脱離させて、当該第一吸着部１１を再生するために設けられている。本実施形態では、第一脱離部４１は、第一加熱部４３である。第一加熱部４３は、一例として電気ヒータや加熱流体を供給する熱交換器やマイクロ波加熱装置などが考えられる。つまり、第一加熱部４３を動作させることで、第一吸着部１１が加熱され、吸着していた二酸化炭素が脱離して外側を流れるガスに混合され、第一吸着部１１が再生される。

吸気口１０ａには、濃度計測部７０の１つである第一濃度計７１が配置されている。また、排気口１０ｂには、濃度計測部７０の１つである第二濃度計７２が配置されている。これら第一濃度計７１、及び第二濃度計７２は、空気中に含まれる二酸化炭素の濃度を計測・数値化して、外部に電気信号として送出され、二酸化炭素回収装置１の制御信号として用いられる。

第二吸着室２０は、第一吸着室１０に併設された他の空間である。第二吸着室２０は、接続配管３０によって第一吸着室１０と連通している。接続配管３０の一端部は、第一吸着室１０における第一吸着部１１の下流側の領域に開口している。つまり、第一吸着部１１を通過したガスが接続配管３０に流入可能とされている。なお、この接続配管３０中では、第一吸着室１０側から第二吸着室２０側に流れるガスの流れ方向に基づいて、「上流側」、「下流側」との説明をすることがある。

二酸化炭素の比重を考慮して自重で円滑な流れが形成されるように、接続配管３０の開口部は鉛直下方向に設けることが望ましい。第二吸着室２０の内部には、第二吸着部２１が設けられている。第二吸着部２１は、第一吸着部１１と同様に、ガスに含まれる二酸化炭素を吸着可能な物質で形成されている。なお、コンパクト化のため第二吸着部２１の空隙率は第一吸着部１１の空隙率よりも低く（つまり、第二吸着部２１の密度は第一吸着部１１の密度よりも高い。）、第二吸着部２１の容積は、第一吸着部１１の容積よりも小さくしてもよい。第二吸着部２１は一例として粒子状もしくは第一吸着室より高密度のハニカム状の吸着材の集合体である。これにより、第二吸着部２１では、容積当たりの二酸化炭素回収量が第一吸着部１１よりも大きくなるため、装置のデッドスペースに残留するガス分の漏れ込み量を低減でき、回収される二酸化炭素の純度を向上させることができる。

第二吸着室２０の内側もしくは外側には、第二脱離部４２が設けられている。第二脱離部４２は、第二加熱部４４と、水蒸気供給部４５と、を有する。第二加熱部４４は、第一加熱部４３と同様に、一例として電気ヒータや加熱流体を供給する熱交換器やマイクロ波加熱装置、電流の供給によって発熱するポーラス体などが考えられる。第二加熱部４４は、第二吸着部２１を加熱して、吸着されていた二酸化炭素を脱離させ、当該第二吸着部２１を再生する。水蒸気供給部４５は、第二吸着部２１からの二酸化炭素の脱離を促進させることを目的として設けられている。水蒸気供給部４５は、第二吸着部２１の上流側から接続配管３０内に水蒸気を供給可能である。なお、水蒸気供給部４５を備えない構成を採ることも可能である。

上述した接続配管３０上には、上流側から下流側にかけて、第三濃度計７３（濃度計測部７０）、第一開閉弁９１（開閉弁３１）、第一冷却器３２、第二開閉弁９２（開閉弁３１）がこの順で配列されている。第三濃度計７３は、接続配管３０中を流れるガス中の二酸化炭素濃度を計測・数値化して、電気信号として外部に送出する。第一開閉弁９１、及び第二開閉弁９２は、接続配管３０の上流側と下流側の連通状態を切り替える。つまり、これら開閉弁３１を閉止することによって、第一吸着室１０と第二吸着室２０とが隔離される。第一冷却器３２は、上述した第一脱離部４１としての第一加熱部４３によって加熱されて高温となったガスを冷却するために設けられている。なお、下流側に配置されている第二吸着部２１の性質や仕様、状態によっては、第一冷却器３２を省略することも可能である。

第二吸着部２１の下流側には、回収配管８０が接続されている。回収配管８０上には、上流側から下流側にかけて順に、濃度計測部７０としての第四濃度計７４、吸引部５０、第三開閉弁９３、第二冷却器６１が設けられている。第四濃度計７４は、第二吸着部２１を経た後のガス中の二酸化炭素の濃度を計測・数値化して、電気信号として外部に送出する。吸引部５０は、吸引ポンプであり、回収配管８０中を負圧にすることによって、上述した第一吸着室１０から回収配管８０にかけてのガスの流れを形成する。

回収配管８０の下流側の端部には、不図示の二酸化炭素貯留装置が接続されている。なお、本実施形態では貯留装置に接続する例を示すが、回収配管８０の接続先はこれに限定されず二酸化炭素利用装置に接続しても良い。第三開閉弁９３はこの貯留装置へのガスの流通状態を切り替えるために設けられている。第二冷却器６１は、上述した水蒸気供給部４５が供給した水蒸気を冷却して凝縮させるための熱交換器である。なお、水蒸気供給部４５を備えない場合は、この第二冷却器６１も不要である。第二冷却器６１で生じた凝縮水は、凝縮水排出管８２を通じて外部に排出される。また、回収配管８０における吸引部５０と第三開閉弁９３との間からは、大気放出配管８１が分岐している。大気放出配管８１の中途には、第四開閉弁９４が設けられている。第四開閉弁９４は、大気放出配管８１中のガスの流通状態を切り替える。

（二酸化炭素回収方法について）
次いで、上記の二酸化炭素回収装置１を用いた二酸化炭素回収方法について、図２から図４を参照して説明する。図２に示すように、この方法は、第一吸着部１１で二酸化炭素を吸着するステップＳ１と、第一吸着部１１が二酸化炭素を吸着しきったか否か（破過したか否か）を判定するステップＳ２と、第一吸着部１１から二酸化炭素を脱離させるステップＳ３と、第一吸着部１１の脱離が完了したか否かを判定するステップＳ３１と、第二吸着部２１に二酸化炭素を吸着させるステップＳ４と、第二吸着部２１が破過したか否かを判定するステップＳ４１と、第二吸着部２１から二酸化炭素を脱離させるステップＳ５と、第二吸着部２１から二酸化炭素が脱離しきったか否かを判定するステップＳ６と、ステップＳ２とステップＳ６のいずれもがＹｅｓと判定されたか否かを判定するステップＳ２１と、を含む。

図３に示すように、ステップＳ１では、開閉弁３１を閉止した状態とし、ダンパー１３は開放状態とする。この状態でファン１２を駆動する。これにより、第一吸着室１０内には空気（大気）が吸気口１０ａを経て流入する状態となる。吸気口１０ａから排気口１０ｂに向かって流れる中途で、空気は第一吸着部１１に接触する。これにより、当該空気中に含まれる二酸化炭素の大部分が第一吸着部１１に吸着される。次いで、ステップＳ２では、第一濃度計７１、及び第二濃度計７２の出力値に基づいて、第一吸着部１１が破過したか否かが判定される。つまり、第一濃度計７１が示す二酸化炭素濃度が、第二濃度計７２が示す二酸化炭素濃度と等しくなった場合には、第一吸着部１１による二酸化炭素の吸着がそれ以上進まないことを意味することから、当該第一吸着部１１が破過したものと判定される。なお、図３では、第一吸着部１１の入出二酸化炭素濃度差から破過状態を判定しているが、吸着特性が既知であればタイマーなど吸着時間によりこれを判定しても良い。さらに、図３では、第一濃度計７１、及び第二濃度計７２の二つの濃度計の値に基づいて、第一吸着部１１が破過したか否かが判定されているが、第一濃度計７１を有さず、第二濃度計７２のみの値から判定することも可能である。この場合、第二濃度計７２の値が大気中の二酸化炭素濃度を示した時点で二酸化炭素の吸着がそれ以上進まないことを意味することから、当該第一吸着部１１が破過したものと判定される。また、運転効率を考慮し、第一吸着部１１の完全な破過、すなわち第二濃度計７２の示す値が第一濃度計７１の示す値と等しくなる状態となる前に、２つの濃度計の差分を積算し、一定量の吸着量が確認された段階で破過したものと判定としてもよい。

図２に示すように、上記のステップＳ１、Ｓ２と平行して、ステップＳ５、Ｓ６が実行される。つまり、ステップＳ１で第一吸着部１１による二酸化炭素の吸着が進められている間に、第二吸着部２１では、すでに吸着していた二酸化炭素の脱離が行われる（ステップＳ５）。この脱離は、第二加熱部４４に通電、又は加熱流体を供給して第二吸着部２１を加熱するとともに、水蒸気供給部４５によって当該第二吸着部２１に水蒸気を供給することで行われる。この状態で吸引部５０を駆動することによって、脱離した二酸化炭素を含むガスが回収配管８０を通じて不図示の貯留装置に送られ、二酸化炭素が回収される。

ステップＳ５の次に、ステップＳ６では、第二吸着部２１からの二酸化炭素の脱離が完了したか否かが判定される。このステップＳ６では、第四濃度計７４にて測定された二酸化炭素濃度から脱離された二酸化炭素の積算量を算出し、予め取得した第二吸着部２１の吸着容量を基に脱離が完了したか否かを判断する。つまり、第四濃度計７４にて測定された二酸化炭素濃度から算出される脱離された二酸化炭素の積算量が、予め取得した第二吸着部２１の二酸化炭素吸着容量と等しくなった場合には、それ以上の二酸化炭素の脱離が見込めないことから、脱離が完了したと判定される（ステップＳ６：Ｙｅｓ）。ステップＳ６でＮｏと判定された場合には、再びステップＳ５を実行してさらなる脱離を進める。なお、第二吸着部２１の脱離特性が既知であれば、タイマーなどによって脱離完了が予測される期間を予め設定し、当該期間の経過をもって脱離完了と判定しても良い。

以上のステップＳ２、及びステップＳ６でいずれもＹｅｓと判定されたか否かをステップＳ２１で判定する。ステップＳ２１でＮｏと判定された場合、再び当該ステップＳ２１の判定を行う。ステップＳ２１でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ３の第一吸着部１１からの二酸化炭素の脱離と、ステップＳ４の第二吸着部２１での二酸化炭素の吸着とを並行して行う。ステップＳ３は、上述の第一加熱部４３に通電もしくは加熱流体を供給することで実現される。図４に示すように、このとき、開閉弁３１は開放された状態となっている。また、ダンパー１３も排気口１０ｂを閉止した状態となっている。ステップＳ３の後、ステップＳ３１で第一吸着部１１の脱離・再生が完了したか否かが判定される。このステップＳ３１は、上述のステップＳ６と同様の処理によって行われる。ステップＳ３１でＮｏと判定された場合、引き続き第一吸着部１１の脱離・再生を行う。ステップＳ４では、第一吸着部１１から脱離された二酸化炭素を含むガスは、接続配管３０を通じて、下流側の第二吸着室２０に流れ込む。これにより、当該ガス中の二酸化炭素が第二吸着部２１に吸着される。つまり、第一吸着部１１で吸着した二酸化炭素を、第二吸着部２１でさらに吸着する。次いで、ステップＳ４１で、第二吸着部２１が破過したか否かが判定される。ステップＳ４１では、第四濃度計７４にて測定された二酸化炭素濃度から脱離された二酸化炭素の積算量を算出し、予め取得した第二吸着部２１の吸着容量を基に脱離が完了したか否かを判断する。ステップＳ４１でＮｏと判定された場合、引き続きステップＳ４を実行して第二吸着部２１による二酸化炭素の吸着を継続する。ステップＳ３１、ステップＳ４１のいずれか一方でＹｅｓと判定された場合、再びステップＳ１に戻る。これは、第一吸着部１１における吸着が完了すると、第二吸着部２１には二酸化炭素を豊富に含むガスの供給ができなくなり、効率性確保の観点で不利になるためである。

以上のステップＳ１からＳ６を、連続的に繰り返して実行することで、本実施形態に係る二酸化炭素の回収方法が実現される。なお、二酸化炭素の吸着プロセス、脱着プロセスを連続的に行うため、これらの逆の操作を交互に行う一対の二酸化炭素回収装置１を組み合わせて配置しても良い。

（作用効果）
近年、カーボンニュートラルの観点から、大気中に含まれる二酸化炭素の濃度に注目が集まっている。二酸化炭素濃度を下げるための措置の一例として、これまでにＤＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅ）と呼ばれる技術が提唱されている。この技術では、吸着室に導かれた大気に含まれる二酸化炭素を吸着剤によって吸着した後、吸着室内を減圧したり、加熱したりすることで、吸着材から脱離した二酸化炭素を外部に吸引・貯留、又は有効利用する方法が採られる。

ここで、二酸化炭素を脱離させるに当たって吸着室の圧力を下げる場合には、当該吸着室の気密を確保するために、吸着室の入口、及び出口をシール性能の高いダンパー等で隔離する必要がある。また、吸着室自体を高耐圧構造にする必要がある。しかしながら、上記のようにシール性能の高いダンパーや、圧力性能の高い吸着室を用意することは、製造コスト・メンテナンスコストの面で不利である。このため、より経済的で、かつ効率の高い二酸化炭素回収装置に関する要請が高まっていた。そこで、本実施形態では、上述の構成、及び方法を採っている。

上記構成によれば、はじめに第一吸着部１１が二酸化炭素を吸着する。第一吸着部１１が破過した後に、開閉弁３１を開いて吸引部５０を動作させることで、第一吸着部１１の再生が行われると同時に、第二吸着部２１に二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込む。これにより、第二吸着部２１も二酸化炭素を吸着する。このように、二段階にかけて二酸化炭素を吸着する装置を接続することで、簡素な構成のもと、効率的に純度の高い二酸化炭素を回収することが可能となる。さらに、第一吸着部１１からの二酸化炭素の脱離が完了した際には、開閉弁３１を閉止することで、第一吸着室１０と第二吸着室２０とを分離することができる。このため、第一吸着室１０では新たに二酸化炭素の吸着を進めつつも、第二吸着室２０では二酸化炭素の脱離を進めることができる。このように、第一吸着室１０と第二吸着室２０とが分離できることによって、両者の吸収・脱離のサイクルを独立して操作することが可能となり、操作時間を短縮して効率的に二酸化炭素の回収を行うことができる。

さらに、第一吸着部１１の空隙率は、第二吸着部２１の空隙率よりも大きく、かつ第一吸着部１１の容積は、第二吸着部２１の容積よりも大きい。この構成によれば、第一吸着部１１は十分な吸着容量を維持しつつ、大量の空気を流入させる際においても圧損を抑えられるため、二酸化炭素の吸着運転において高い運転効率を達成できる。また、第二吸着部２１には、二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込むことから、空隙率が小さく、かつ容積が小さくても、効率的に二酸化炭素を吸着することができる。これにより、各部材の寸法や体格をコンパクト化し、製造コスト、メンテナンスコストを削減することができる。さらに、空隙が少ない形状により吸着操作時において装置内に残留ガス量が少なくなり、回収する二酸化炭素の純度向上を実現することができる。

また、上記構成によれば、第一加熱部４３によって第一吸着部１１を加熱することのみによって、第一吸着部１１に吸着した二酸化炭素を容易に脱離させることができる。特に、第二吸着部２１によって二段階目の吸着を行うことから、第一吸着部１１では過度に二酸化炭素の純度を高める必要がない。このため、他の圧力スイングを用いる方式に比べて、第一吸着室１０の気密性を過度に確保する等の措置を取る必要がない。これにより、各部材に求められるシール性能や耐圧性能を低く抑えることができる。その結果、装置の製造コストやメンテナンスコストを削減することができる。

また、第二脱離部４２は、第二吸着室２０内に水蒸気を供給する水蒸気供給部４５をさらに有する。この構成によれば、第二吸着室２０に水蒸気を供給することによって、第二吸着部２１からの二酸化炭素の脱離をさらに効率的に進めることができる。

さらに、上記の二酸化炭素の回収方法では、はじめに第一吸着部１１が二酸化炭素を吸着する。第一吸着部１１が破過した後に、開閉弁３１を開いて吸引部５０を動作させることで、第一吸着部１１の再生が行われると同時に、第二吸着部２１に二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込む。これにより、第二吸着部２１も二酸化炭素を吸着する。このように、二段階にかけて二酸化炭素を吸着する装置を接続することで、簡素な構成のもと、効率的に二酸化炭素を回収することが可能となる。さらに、第一吸着部１１からの二酸化炭素の脱離が完了した際には、開閉弁３１を閉止することで、第一吸着室１０と第二吸着室２０とを分離することができる。このため、第一吸着室１０では新たに二酸化炭素の吸着を進めつつも、第二吸着室２０では二酸化炭素の脱離を進めることができる。このように、第一吸着室１０と第二吸着室２０とが分離できることによって、両者の吸収・脱離のサイクルを独立させることが可能となり、操作時間を短縮して効率的に二酸化炭素の回収を行うことができる。具体的には、第一吸着部１１に二酸化炭素を吸着させるステップと、第二吸着部２１に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップとが独立して実行される。これにより、回収作業全体に要する時間が短縮され、装置の運用コストを削減することが可能となる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、変形例として図５に示すように、互いに並列に配置された複数（一例として２つ）の第一吸着室１０と、並列に接続された複数（一例として２つ）の第二吸着室２０とを備える構成を採ることも可能である。この場合、複数の第二吸着部２１における空隙率および容積の合計値は、複数の第一吸着部１１の合計値よりも小さいことが望ましい。なお、図５の例では、第一吸着室１０と第二吸着室２０がそれぞれ２つずつ設けられている構成を示しているが、吸着材の吸脱着性能により第二吸着室２０の個数を第一吸着室１０の個数より小さくすることも可能である。この場合、二酸化炭素回収装置１の寸法体格をよりコンパクトにすることができる。また、例えば第一吸着室１０における吸着時間が第二吸着室２０の第二吸着部２１の再生にかかる時間よりも相当長ければ、第一吸着室１０を並列化して、両者のタイミングをずらして再生を行い、第二吸着部２１の吸着時間を増やすといった構成を採ることが可能である。また、その反対の関係も成立し得る。

この構成によれば、並列に配置された複数の第一吸着部１１、及び並列に配置された複数の第二吸着部２１を有することで、第一吸着部１１、及び第二吸着部２１に充填する吸着材の性能に合わせてシステム構成を変更することができる。これにより、吸着材の種類を問わず、それぞれの吸着剤に合った理想的な運転条件を実現することができる。

また、図６に示すように、第一吸着室１０の吸気口１０ａ側にも他のダンパー１３を設けることが可能である。この場合、第一吸着室１０から空気を吸引して二酸化炭素を回収する際に、外部から空気が入り込みにくくなるため、回収ガスの二酸化炭素濃度をさらに高くすることが可能となる。

さらに、上記実施形態では、第二脱離部４２として、第二加熱部４４、及び水蒸気供給部４５を用いる温度スイングの例について説明した。しかしながら、第二脱離部４２の態様はこれらに限定されず、圧力スイングを行う装置を第二脱離部４２とすることも可能である。また、上記実施形態では第一吸着部１１と第二吸着部２１を持つ２段構成としたが、これに限定されず３段以上の複数構成としても良い。当該構成によれば、より高濃度の二酸化炭素を回収可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載の二酸化炭素回収装置１、及び二酸化炭素回収方法は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、大気に開放された吸気口１０ａ、及び排気口１０ｂを有する第一吸着室１０と、前記吸気口１０ａから前記排気口１０ｂに向かう方向に空気の流れを形成するファン１２と、前記排気口１０ｂを閉止可能なダンパー１３と、前記第一吸着室１０内に配置され、空気に含まれる二酸化炭素を吸着可能な第一吸着部１１と、前記第一吸着室１０に併設された第二吸着室２０と、前記第一吸着室１０と前記第二吸着室２０とを接続する接続配管３０と、前記第二吸着室２０内に配置され、前記接続配管３０から流入したガスに含まれる二酸化炭素を吸着可能な第二吸着部２１と、前記接続配管３０上に設けられた開閉弁３１と、前記第一吸着部１１に吸収された二酸化炭素を脱離させる第一脱離部４１と、前記第二吸着部２１に吸収された二酸化炭素を脱離させる第二脱離部４２と、前記第二吸着部２１に接続され、前記第一吸着室１０内、及び前記第二吸着室２０内のガスを吸引可能な吸引部５０と、を備える。

上記構成によれば、はじめに第一吸着部１１が二酸化炭素を吸着する。第一吸着部１１が破過した後に、開閉弁３１を開いて吸引部５０を動作させることで、第一吸着部１１の再生が行われると同時に、第二吸着部２１に二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込む。これにより、第二吸着部２１も二酸化炭素を吸着する。このように、二段階にかけて二酸化炭素を吸着する装置を接続することで、簡素な構成のもと、効率的に二酸化炭素を回収することが可能となる。

（２）第２の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）の二酸化炭素回収装置１であって、前記第一吸着部１１の空隙率は、前記第二吸着部２１の空隙率よりも大きく、かつ前記第一吸着部１１の容積は、前記第二吸着部２１の容積よりも大きくしてもよい。

上記構成によれば、第一吸着部１１には大量の空気（大気）が流入することから、空隙率が高く、かつ容積が大きいことで、圧損を低減しつつ、より多くの二酸化炭素を吸着させることができる。また、第二吸着部２１には、二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込むことから、空隙率が小さく、かつ容積が小さくても、効率的に二酸化炭素を吸着することができる。これにより、各部材の製造コスト、メンテナンスコストを削減することができる。

（３）第３の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）又は（２）の二酸化炭素回収装置１であって、前記第一脱離部４１は、前記第一吸着部１１を加熱可能な第一加熱部４３である。

上記構成によれば、第一加熱部４３によって第一吸着部１１を加熱することのみによって、第一吸着部１１に吸着した二酸化炭素を容易に脱離させることができる。つまり、他の圧力スイングを用いる方式に比べて、各部材に求められるシール性能や耐圧性能を下げことができ、コストを削減することができる。

（４）第４の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）から（３）のいずれか一態様に係る二酸化炭素回収装置１であって、前記第二脱離部４２は、前記第二吸着部２１を加熱可能な第二加熱部４４である。

上記構成によれば、第二加熱部４４によって第二吸着部２１を加熱することのみによって、第二吸着部２１に吸着した二酸化炭素を容易に脱離させることができる。つまり、他の圧力スイングを用いる方式に比べて、各部材に求められるシール性能や耐圧性能を下げことができ、コストを削減することができる。

（５）第５の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）から（３）のいずれか一態様に係る二酸化炭素回収装置であって、前記第二脱離部４２は、前記第二吸着部２１に接続され、前記第二吸着室２０内のガスを吸引可能な前記吸引部５０である。

上記構成によれば、第二吸着部２１を加熱するための他の装置を設けることなく、吸引部５０の吸引のみによって容易に第二吸着部２１から二酸化炭素を脱離させることができる。

（６）第６の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）から（５）のいずれか一態様に係る二酸化炭素回収装置１であって、前記第二脱離部４２は、前記第二吸着室２０内に水蒸気を供給する水蒸気供給部４５をさらに有する。

上記構成によれば、第二吸着室２０に水蒸気を供給することによって、第二吸着部２１からの二酸化炭素の脱離をさらに効率的に進めることができる。

（７）第７の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（１）から（６）のいずれか一態様に係る二酸化炭素回収装置１であって、単一の、又は互いに並列に配置された複数の前記第一吸着室１０、及び前記第一吸着部１１と、単一の、又は並列に配置された複数の前記第二吸着室２０、及び前記第二吸着部２１と、をさらに備え、複数の前記第二吸着部２１では、下流側に位置する前記第二吸着部２１になるほど空隙率が小さくなり、かつ容積が小さくなる。

上記構成によれば、単一の、並列に配置された又は複数の第一吸着部１１、及び単一の、又は並列に配置された複数の第二吸着部２１を有することで、さらに純度の高い二酸化炭素を大量かつ短時間で回収することができる。

（８）第８の態様に係る二酸化炭素回収装置１は、（７）の二酸化炭素回収装置１であって、前記複数の第二吸着部２１の空隙率、及び容積の合計値は、前記複数の第一吸着部１１の空隙率、及び容積の合計値よりも小さい。

上記構成によれば、第一吸着部１１は十分な吸着容量を維持しつつ、大量の空気を流入させる際においても圧損を抑えられるため、二酸化炭素の吸着運転において高い運転効率を達成できる。また、第二吸着部２１には、二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込むことから、空隙率が小さく、かつ容積が小さくても、効率的に二酸化炭素を吸着することができる。これにより、各部材の寸法や体格をコンパクト化し、製造コスト、メンテナンスコストを削減することができる。

（９）第９の態様に係る二酸化炭素回収方法は、（１）の二酸化炭素回収装置１を用いた二酸化炭素回収方法であって、前記ダンパーを閉止し、前記開閉弁３１を閉止した状態で、前記ダンパー１３を開放しつつ前記ファン１２を駆動することで前記第一吸着部１１に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記開閉弁３１を開放した状態で、前記第一脱離部４１を駆動して前記第一吸着部１１に吸着された二酸化炭素を脱離させ、前記吸引部５０を駆動することで前記脱離した二酸化炭素を含むガスを、前記接続配管３０を通じて前記第二吸着室２０に導くことで前記第二吸着部２１に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記開閉弁３１を閉止した状態で、前記吸引部５０、及び前記第二脱離部４２を駆動することで、前記第二吸着部２１に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップと、を含み、前記第一吸着部１１に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記第二吸着部２１に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップとが並行して実行される。

上記構成によれば、はじめに第一吸着部１１が二酸化炭素を吸着する。第一吸着部１１が破過した後に、開閉弁３１を開いて吸引部５０を動作させることで、第一吸着部１１の再生が行われると同時に、第二吸着部２１に二酸化炭素濃度の高いガスが流れ込む。これにより、第二吸着部２１も二酸化炭素を吸着する。このように、二段階にかけて二酸化炭素を吸着する装置を接続することで、簡素な構成のもと、効率的に二酸化炭素を回収することが可能となる。また、第一吸着部１１に二酸化炭素を吸着させるステップと、第二吸着部２１に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップとが並行して実行される。これにより、回収作業全体に要する時間が短縮され、装置の運用コストを削減することが可能となる。

１…二酸化炭素回収装置
１０…第一吸着室
１０ａ…吸気口
１０ｂ…排気口
１１…第一吸着部
１２…ファン
１３…ダンパー
２０…第二吸着室
２１…第二吸着部
３０…接続配管
３１…開閉弁
３２…第一冷却器
４１…第一脱離部
４２…第二脱離部
４３…第一加熱部
４４…第二加熱部
４５…水蒸気供給部
５０…吸引部
６１…第二冷却器
７０…濃度計測部
７１…第一濃度計
７２…第二濃度計
７３…第三濃度計
７４…第四濃度計
８０…回収配管
８１…大気放出配管
８２…凝縮水排出管
９１…第一開閉弁
９２…第二開閉弁
９３…第三開閉弁
９４…第四開閉弁

Claims (9)

1. 大気に開放された吸気口、及び排気口を有する第一吸着室と、
   前記吸気口から前記排気口に向かう方向に空気の流れを形成するファンと、
   前記第一吸着室を閉止可能なダンパーと、
   前記第一吸着室内に配置され、空気に含まれる二酸化炭素を吸着可能な第一吸着部と、
   前記第一吸着室に併設された第二吸着室と、
   前記第一吸着室と前記第二吸着室とを接続する接続配管と、
   前記第二吸着室内に配置され、前記接続配管から流入したガスに含まれる二酸化炭素を吸着可能な第二吸着部と、
   前記接続配管上に設けられた開閉弁と、
   前記第一吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第一脱離部と、
   前記第二吸着部に吸収された二酸化炭素を脱離させる第二脱離部と、
   前記第二吸着部に接続され、前記第一吸着室内、及び前記第二吸着室内のガスを吸引可能な吸引部と、
   を備える二酸化炭素回収装置。
2. 前記第一吸着部の空隙率は、前記第二吸着部の空隙率よりも大きく、かつ前記第一吸着部の容積は、前記第二吸着部の容積よりも大きい請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
3. 前記第一脱離部は、前記第一吸着部を加熱可能な第一加熱部である請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。
4. 前記第二脱離部は、前記第二吸着部を加熱可能な第二加熱部である請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。
5. 前記第二脱離部は、前記第二吸着部に接続され、前記第二吸着室内のガスを吸引可能な前記吸引部である請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。
6. 前記第二脱離部は、前記第二吸着室内に水蒸気を供給する水蒸気供給部をさらに有する請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収装置。
7. 単一の、又は互いに並列に配置された複数の前記第一吸着室、及び前記第一吸着部と、
   単一の、又は並列に配置された複数の前記第二吸着室、及び前記第二吸着部と、
   をさらに備える請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
8. 前記複数の第二吸着部の空隙率、及び容積の合計値は、前記複数の第一吸着部の空隙率、及び容積の合計値よりも小さい請求項７に記載の二酸化炭素回収装置。
9. 請求項１に記載の二酸化炭素回収装置を用いた二酸化炭素回収方法であって、
   前記開閉弁を閉止した状態で、前記ダンパーを開放しつつ前記ファンを駆動することで前記第一吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、
   前記ダンパーを閉止し、前記開閉弁を開放した状態で、前記第一脱離部を駆動して前記第一吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させ、前記吸引部を駆動することで前記脱離した二酸化炭素を含むガスを、前記接続配管を通じて前記第二吸着室に導くことで前記第二吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、
   前記開閉弁を閉止した状態で、前記吸引部、及び前記第二脱離部を駆動することで、前記第二吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップと、
   を含み、
   前記第一吸着部に二酸化炭素を吸着させるステップと、前記第二吸着部に吸着された二酸化炭素を脱離させて外部に導くステップとが並行して実行される二酸化炭素の回収方法。

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