JP4987669B2 - 二酸化炭素吸収装置 - Google Patents

Description

本発明は、二酸化炭素吸収剤に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素吸収剤の温度を上昇させて吸収した二酸化炭素を効率よく排出させる二酸化炭素吸収装置に関する。

従来、二酸化炭素を吸収した吸収剤から二酸化炭素を排出させる場合、過熱し吸収剤の温度をおおむね６００℃以上に加熱する必要があり、電気ヒーターによる輻射加熱方法があった(特許文献１)。
電気ヒーターは、熱源が線状の形態で発熱するため、被過熱体である二酸化炭素吸収剤を均一に輻射加熱する。そのため、伝熱板等を用いて発熱体を面発熱になるような工夫が行われていた。
しかしながら、伝熱板を用いても伝熱板自体の熱伝導率のために伝熱板全体が均等な温度になるのに時間を要する。また、伝熱板の熱伝導率により被加熱体の二酸化炭素吸収剤の温度を均一にすることは困難であった。

また、一般的にリチウムシリケートを用いた二酸化炭素吸収剤の熱伝導率は０．３Ｗ／ｍ．Ｋ前後と非常に小さく断熱材に近い値である。したがって、上述の伝熱板に直接接している部分の二酸化炭素吸収剤は温度が上昇するが、伝熱板に直接接していない二酸化炭素吸収剤は温度が上がらず全体の温度分布を一定にすることが困難である。

さらに、二酸化炭素吸収剤から二酸化炭素を排出させる場合、排出最適温度は狭い範囲に限定されることが多い。従って、上述のように二酸化炭素吸収剤の温度分布が一定にならないと、一部分の二酸化炭素吸収剤のみ機能し二酸化炭素排出能力が極端に低下してしまう問題がある。
特開２００６−３４０６８３号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、二酸化炭素吸収剤の温度を短時間でかつ均一に加熱する二酸化炭素吸収装置を提供することを目的とする。

本発明に係る二酸化炭素吸収装置は、表面に多数の通気孔を備えた円筒状の内管と、この内管の外側に配置された，多数の通気孔を備えた円筒状の外管とから構成される二重管と、この二重管を囲む容器と、二酸化炭素を含むガスをガス入口側から圧入するガス導入管と、このガス導入管に内蔵され、前記ガスを加熱して前記内管の内部に高温ガスを供給する高温ガス発生装置と、前記内管と前記外管との空間に充填され、前記高温ガスから二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収剤とを備え、前記内管の通気孔の内径は前記ガス導入管のガス入り口近くで小さく、ガス流路の下流側に向って大きく設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、二酸化炭素吸収剤の温度を短時間でかつ均一に加熱することができる。従って、二酸化炭素の吸収運転後に昇温時間のタイムラグを設けることなく、引き続いて二酸化炭素の排出運転を行うことが可能となる。

以下、本発明の二酸化炭素吸収装置について更に詳しく説明する。
(1) 上述したように、本発明の二酸化炭素吸収装置は、多数の通気孔を形成した円筒状の内管と、多数の通気孔を形成した円筒状の外管とから構成される二重管と、二重管を囲む容器と、二酸化炭素吸収剤と、内管の内部に高温ガスを供給する高温ガス発生装置とを具備し、高温ガス発生装置からの高温ガスが、内管表面の通気孔を経由した後、外管表面の通気孔から排出される構成となっている。二酸化炭素吸収剤としては、例えばリチウムシリケートのように熱伝導率の低いセラミックが挙げられる。

一般的に、二酸化炭素吸収剤の最適吸収温度より最適排出温度が高いので、吸収から排出運転に切り替える際に二酸化炭素吸収剤の温度を上昇させる必要がある。上記構成の二酸化炭素吸収装置によれば、二酸化炭素吸収剤の温度を短時間でかつ均一に加熱することができる。従って、二酸化炭素の吸収運転後に昇温時間のタイムラグを設けることなく、引き続いて二酸化炭素の排出運転を行うことが可能となる。

(2) 上記（１）の発明において、二酸化炭素の吸収と吸収した二酸化炭素の排出を交互に行うことを特徴とする。これにより、二酸化炭素吸収剤に二酸化炭素を吸収させて、二酸化炭素吸収剤の温度を上昇させること、及び吸収した二酸化炭素を効率よく排出させることを効率よく行うことができる。

(3) 上記（１）または（２）の発明において、高温ガス発生装置が電気ヒーターによるトーチである場合が挙げられる。ここで、二酸化炭素を吸収した吸着剤から二酸化炭素を排出させる場合、吸収剤を過熱し吸収剤の温度を約６００℃以上に加熱する必要があるので、この程度の温度に加熱できるものであれば、電気ヒーターに限定されない。

(4) 上記（１）〜（３）のいずれかの発明において、外管と内管の少なくとも一方の通気孔の開口率が一定でないことを特徴とする。「開口率が一定でない」とは、例えば通気孔の開口径が異なることを意味する。このように開口率を一定でないようにするのは、二酸化炭素吸収剤に流れるガス流量を均一にするためである。

(5) 上記（３）または（４）のいずれかの発明において、高温ガスの供給流量と電気ヒーターに流れる電流の少なくともいずれか一方を制御して二酸化炭素吸収剤の温度を一定にすることが好ましい。このような温度制御する理由は、次のとおりである。
即ち、二酸化炭素吸収剤の温度が上昇して二酸化炭素を排出する反応が吸熱反応となる場合、二酸化炭素吸着剤が吸収している二酸化炭素の量により反応吸熱量が異なる。ここで、反応吸熱量が部分的に異なると、二酸化炭素吸熱剤の温度が部分的に低下することになる。本出願人の実験によれば、二酸化炭素の放出時に一旦温度が低下し、排出が終了後に再び温度が上昇する挙動が確認されている。また、二酸化炭素の排出速度は、二酸化炭素吸収剤の温度と二酸化炭素吸収剤の周囲の二酸化炭素濃度の両方がパラメーターとなって変動する。従って、二酸化炭素吸収剤の温度を一定にするため、ガス温度を決定する電気ヒーターに流れる電流とガス流量の少なくともいずれか一方（即ち、電流，又はガス流量，又は両者）を制御して二酸化炭素吸収剤の排出制御を行う必要がある。
従って、上記の様な温度制御をすることにより、二酸化炭素吸収剤の特性に合わせた運転が可能となり、二酸化炭素の吸収と排出を効率よく行うことが可能となる。

(6) 上記（１）の発明において、前記容器は、内管の内側に高温ガスを導入するためのガス導入管と、外管から排出される高温ガスを外部に排気するためのガス排気管を備え、ガス導入管内に高温ガス発生装置が配置されている場合が挙げられる。ここで、ガス導入管とガス排気管の配置は、後述する図１のような配置でもよい、あるいは図３のような配置にすることもできる。

次に、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照する。ここで、図１は、本実施形態に係る二酸化炭素吸収装置の概略的な断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
図中の符番１は、円筒状のＳＵＳ製容器を示す。この容器１の軸方向に沿う中央部には、表面に多数の通気孔２ａを形成したＳＵＳ製内管２が配置されている。ここで、内管２の両端は、容器１の内壁に固定されている。内管２には、電気ヒーターによるトーチ（高温ガス発生装置）３を内蔵したガス導入管４が接続されている。内管２の通気孔２ａは、ガス導入管４のガス入り口５側近くで内径が小さく、ガス流路の下流側に向って大きく設定されている。これは、ガスがガス導入管４のガス入り口５から圧入されるので、内管２表面の各通気孔２ａに流れるガス流量を均等にするためである。

前記容器１内でかつ内管２の外側には、表面に多数の通気孔６ａを形成した円筒状のＳＵＳ製外管６が配置されている。この外管６の両端は、容器１の内壁に固定されている。外管６の各通気孔６ａの内径は、ほぼ同じである。外管６と内管２との間の空間には、二酸化炭素吸収剤（例えば、リチウムシリケート）７が充填されている。前記容器１の側壁には、高温ガスを排気するガス排気管８が設けられている。

こうした構成の二酸化炭素吸収装置の作用は次のとおりである。
まず、二酸化炭素を含むガスをガス導入管４のガス入り口９から圧入して、二酸化炭素吸収剤７の温度が二酸化炭素吸収剤７の二酸化炭素吸収性能に適切な温度になるようにガス流量と電気ヒーターの電流を調整する。最適温度になったガスは、内管２の中心から内管２の通気孔２ａを通過し、さらに二酸化炭素吸収剤７の空隙を通過した後、外管６の通気孔６ａから出てガス排気管８から排出される。

次に、上述のように二酸化炭素吸収剤７に二酸化炭素が吸収された後に空気等のキャリアガスをガス入り口９から圧入して、二酸化炭素吸収剤７の温度が二酸化炭素吸収剤７の二酸化炭素排出性能に適切な温度になるようにガス流量と電気ヒーターの電流を調整する。最適温度になったガスは、内管２の中心から内管２の通気孔２ａを通過し、さらに二酸化炭素吸収剤７の空隙を通過した後、外管６の表面の通気孔６ａから出てガス排気管８から排出される。

上記構成の二酸化炭素吸収装置によれば、表面に多数の通気孔２ａを備えた円筒状の内管２と、この内管２の外側に配置された，多数の通気孔６ａを備えた円筒状の外管６とから構成される二重管と、この二重管を囲む容器１と、内管２と外管６との空間に充填された二酸化炭素吸収剤７と、内管２の内部にガスを供給する電気ヒーターを具備し、内管２の通気孔２ａは、ガス導入管４のガス入り口５側近くで内径が小さく、ガス流路の下流側に向って大きく設定された構成になっている。従って、二酸化炭素吸収剤７の温度を短時間でかつ均一に加熱することができ、二酸化炭素の吸収運転後に昇温時間のタイムラグを設けることなく、引き続いて二酸化炭素の排出運転を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３を参照する。図３は、本実施形態に係る二酸化炭素吸収装置の概略的な断面図である。但し、図１及び図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
本実施形態の二酸化炭素吸収装置は、ガス排気管８ａ、８ｂを容器１の側壁の上下部に設け、さらにこれらのガス排気管８ａ，８ｂをマニホールド１１に連結し、このマニホールド１１からガスを排気するようにしたことを特徴とする。図３の装置の動作は第１の実施形態と同様である。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られる他、ガス排気管８ａ，８ｂ及びマニホールド１１を用いてガスの排気を行うので、ガスの排気をスムースに行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的な変形例は次のとおりである。

１）上記実施形態では、ガス入り口が内管の片端に設けられているため、ガス入り口に近い二酸化炭素吸収剤ほどガス流速が高く、ガス入り口の反対側の二酸化炭素吸着剤に流れるガス流速が低くなる場合がある。従って、上記実施形態では、内管表面の通気孔に流れるガス流量が均等になるように、内管表面の通気孔の開口率は内管内部のガス流路の上流側から下流側に向って大きくしている。
しかし、内管の通気孔の開口率を不均等にする場合の他、外管の通気孔の開口率を不均等にする場合、あるいは内管及び外管の両方の通気孔の開口率を不均等にする場合であってもよい。

２）上記実施形態では、二酸化炭素を含むガスをガス入り口から圧入して二酸化炭素吸収剤に吸収させる場合について述べている。しかし、これに限らず、二酸化炭素を排出する場合のみ、キャリアガスをガス入り口から圧入して、二酸化炭素を吸収する場合はガス排気管側から二酸化炭素を含むガスを圧入することも可能である。
３）上記実施形態では、二酸化炭素吸収剤としてリチウムシリケートを用いたが、これに限らず、その他の熱伝導性の低いセラミックスを用いることができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]表面に多数の通気孔を備えた円筒状の内管と、この内管の外側に配置された，多数の通気孔を備えた円筒状の外管とから構成される二重管と、この二重管を囲む容器と、内管と外管との空間に充填された二酸化炭素吸収剤と、内管の内部に高温ガスを供給する高温ガス発生装置とを具備し、高温ガス発生装置からの高温ガスが、内管表面の通気孔を経由した後、外管表面の通気孔から排出される構成であることを特徴とする二酸化炭素吸収装置。
[２]二酸化炭素の吸収と吸収した二酸化炭素の排出を交互に行うことを特徴とする[１]記載の二酸化炭素吸収装置。
[３]高温ガス発生装置が電気ヒーターによるトーチであることを特徴とする[１]若しくは[２]記載の二酸化炭素吸収装置。
[４]外管と内管の少なくとも一方の通気孔の開口率が一定でないことを特徴とする[１]乃至[３]いずれか記載の二酸化炭素吸収装置。
[５]高温ガスの供給流量と電気ヒーターに流れる電流の少なくともいずれか一方を制御して二酸化炭素吸収剤の温度を一定にすることを特徴とする[３]若しくは[４]記載の二酸化炭素吸収装置。
[６]前記容器は、前記内管の内側にガスを導入するためのガス導入管と、前記外管から排出されるガスを外部に排気するためのガス排気管を備え、前記ガス導入管内に前記高温ガス発生装置が配置されていることを特徴とする[１]記載の二酸化炭素吸収装置。

本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素吸収装置の概略的な断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素吸収装置の概略的な断面図。

符号の説明

１…ＳＵＳ製容器、２…ＳＵＳ製内管、２ａ，６ａ…通気孔、３…電気ヒーターによるトーチ（高温ガス発生装置）、４…ガス導入管、５…ガス入り口、６…ＳＵＳ製配管、７…二酸化炭素吸収剤、８，８ａ，８ｂ…ガス排気管、１１…マニホールド。

Claims (1)

1. 表面に多数の通気孔を備えた円筒状の内管と、この内管の外側に配置された，多数の通気孔を備えた円筒状の外管とから構成される二重管と、
   この二重管を囲む容器と、
   二酸化炭素を含むガスをガス入口側から圧入するガス導入管と、
   このガス導入管に内蔵され、前記ガスを加熱して前記内管の内部に高温ガスを供給する高温ガス発生装置と、
   前記内管と前記外管との空間に充填され、前記高温ガスから二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収剤とを備え、
   前記内管の通気孔の内径は前記ガス導入管のガス入り口近くで小さく、ガス流路の下流側に向って大きく設定されていることを特徴とする二酸化炭素吸収装置。

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