JPH1190219A - 炭酸ガス吸収材 - Google Patents

炭酸ガス吸収材

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化水素を燃焼させる装置からの排出ガス中
の炭酸ガスを高温下で直接かつ低エネルギー消費量、高
効率で分離回収することが可能な炭酸ガス吸収材を提供
する。 【解決手段】 リチウムが固溶された酸化物を含み、４
５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭酸リチウムを
生成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、炭酸ガス吸収材に
関し、特に炭化水素を主成分とする燃料を利用するエネ
ルギープラントや化学プラント等から発生する排出ガス
中の炭酸ガスを２００〜５００℃の温度域で繰り返し分
離回収するのに用いられる炭酸ガス吸収材に係わる。
【０００２】
【従来の技術】例えば、発動機などの炭化水素を主成分
とする燃料を燃焼させる装置においては、炭酸ガスの回
収に適した場所の温度が３００℃以上の高温になること
が多い。
【０００３】ところで、炭酸ガスの分離方法としては従
来より酢酸セルロースを用いる方法、アルカノールアミ
ン系溶媒による化学吸収方法等が知られている。しかし
ながら、前述した分離方法はいずれも導入ガス温度を２
００℃以下に抑える必要がある。したがって、高温度の
リサイクルを要する排気ガスに対しては一旦、熱交換器
等により２００℃以下に冷却する必要があり、結果的に
炭酸ガス分離ためのエネルギー消費量が多くなるという
問題があった。
【０００４】一方、特開平９−９９２１４号公報にはリ
チウム化ジルコニアからなる炭酸ガス吸収材が開示され
ているが、リチウム化ジルコニアは約５００℃を越える
温度域において炭酸ガスの回収が可能となり、必ずしも
全ての排気ガスから炭酸ガスの吸収・回収を実施するこ
とが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、炭化水素を
燃焼させる装置からの排出ガス中の炭酸ガスを高温下で
直接かつ低エネルギー消費量、高効率で分離回収するこ
とが可能な炭酸ガス吸収材を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る炭酸ガス吸収材は、リチウムが固溶された酸化物を含
み、４５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭酸リチ
ウムを生成することを特徴とするものである。
【０００７】本発明に係わる炭酸ガス吸収材において、
前記リチウムが固溶された酸化物は、アルミニウム、チ
タン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくとも１種を
含むリチウム化酸化物であることが好ましい。本発明に
係わる炭酸ガス吸収材において、さらにリチウム、ナト
リウムおよびカリウムから選ばれるアルカリの炭酸塩が
添加されることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の炭酸ガス吸収材は、リチウムが固溶された酸化
物を含み、４５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭
酸リチウムを生成するものである。
【０００９】前記炭酸ガスを含む気体としては、例えば
炭化水素を主成分とする燃料を利用する発動機のような
装置、発電プラントや化学プラントのプロセス中で発生
するガス等を挙げることができる。
【００１０】前記リチウムが固溶された酸化物として
は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケルおよび珪素か
ら選ばれる少なくとも１種を含むリチウム化酸化物を挙
げることができる。特に、高温での安定性および炭酸ガ
スとの反応性を考慮するとチタン、ニッケルのリチウム
化酸化物、また炭酸ガスの大量処理およびコストを考慮
するとアルミニウム、鉄のリチウム化酸化物が好まし
い。また、前記元素を含む複合物としては、例えばＴｉ
−Ｖ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅのリチウム化複合酸化物
を挙げることができる。
【００１１】前記酸化物には、さらにリチウム、ナトリ
ウムおよびカリウムから選ばれるアルカリの炭酸塩が添
加されることを許容する。このような炭酸塩を添加する
ことによって、得られた吸収材の炭酸ガスの吸収・放出
反応が３５０℃以上の温度で促進させることができる。
前記炭酸塩の添加量は、前記リチウム化酸化物に対して
５〜３０モル％にすることが好ましい。前記炭酸塩の添
加量を５モル％未満にすると、炭酸ガスの吸収反応の促
進効果を十分に発揮することが困難になる。一方、前記
炭酸塩の添加量が３０モル％を越えると炭酸ガスの吸収
反応の促進効果が飽和するばかりか、吸収材の容積当た
りの炭酸ガス吸収量が低下する恐れがある。より好まし
い前記炭酸塩の添加量は、前記リチウム化酸化物に対し
て１０〜２０モル％である。
【００１２】本発明の炭酸ガス吸収材は、例えば平均粒
径０．１〜５．０μｍの粒子からなる多孔質体の形態を
有する。この多孔質体の気孔率は、４０前後であること
が好ましい。このような多孔質体において、添加される
リチウム、ナトリウムおよびカリウムから選ばれるアル
カリの炭酸塩はその細孔に保持される。
【００１３】このような多孔体構造の炭酸ガス吸収材
は、例えば次のような方法により作製される。まず、ア
ルミニウム、チタン、鉄、ニッケルおよび珪素から選ば
れる少なくとも１種を含む酸化物とリチウム炭酸塩とを
大気中、９００℃程度の温度で反応させることにより粒
状のリチウム化酸化物を生成する。つづいて、平均粒径
０．１〜５．０μｍのリチウム化酸化物粒子を例えば直
径１０〜２０ｍｍの金型に入れ、圧縮成形して気孔率４
０％前後の圧粉体とすることにより多孔体構造の炭酸ガ
ス吸収材を作製する。
【００１４】以上説明した本発明に係わる炭酸ガス吸収
材は、リチウムが固溶された酸化物、例えばアルミニウ
ム、チタン、鉄およびニッケルから選ばれる少なくとも
１種を含むリチウム化酸化物を含有する。このようなリ
チウム化酸化物は、次式（１）〜（４）に示すように炭
酸ガスと反応してリチウム炭酸塩を生成する。
【００１５】 ２ＬｉＡｌＯ2 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ） →Ａｌ2 Ｏ3 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ） …（１） Ｌｉ2 ＴｉＯ3 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ） →ＴｉＯ2 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ） …（２） Ｌｉ2 ＮｉＯ2 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ） →ＮｉＯ（ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ） …（３） ２ＬｉＦｅＯ2 （ｓ）＋ＣＯ2 （ｇ） →Ｆｅ2 Ｏ3 （ｓ）＋Ｌｉ2 ＣＯ3 （ｌ） …（４） ここで、前記式（１）の反応は３５０℃以下の温度で特
に起きやすい。
【００１６】前記式（２）の反応は３１０℃以下の温度
で特に起きやすい。前記式（３）の反応は４００℃以下
の温度で特に起きやすい。前記式（４）の反応は４５０
℃以下の温度で特に起きやすい。
【００１７】前記各リチウム化酸化物は、前記各反応温
度以上に加熱することにより反応が右から左に進行して
炭酸ガスを放出するため、炭酸ガスの回収が可能にな
る。したがって、本発明に係わる炭酸ガス吸収材は従来
では困難であった２００〜５００℃以下の温度域におい
て、少ないエネルギーで炭酸ガスの分離・回収を行うこ
とができる。
【００１８】また、さらにリチウム、ナトリウムおよび
カリウムから選ばれるアルカリの炭酸塩を添加すること
によって、炭酸ガスの吸収・放出反応をより効率的に行
うことが可能な炭酸ガス吸収材を得ることが可能にな
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。 （実施例１〜５）まず、平均粒径１μｍ前後の酸化アル
ミニウム、酸化チタン、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3 ）、酸化ニ
ッケルおよび酸化珪素それぞれ１モルと炭酸リチウム１
モルとを混合し、９００℃、大気中で焼成してリチウム
化酸化アルミニウム、リチウム化酸化チタン、リチウム
化酸化鉄、リチウム化酸化ニッケルおよびリチウム化酸
化珪素の粒状物をそれぞれ作製した。つづいて、これら
の粒状物１ｇをそれぞれ直径１２ｍｍの金型内に投入し
て加圧成形することにより気孔率４０％の圧粉体からな
る５種の炭酸ガス吸収材を製造した。
【００２０】（比較例１）平均粒径１μｍの酸化マグネ
シウム粒子を実施例１と同様に加圧成形して気孔率４０
％の圧粉体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【００２１】（比較例２）平均粒径１μｍのリチウム化
ジルコニア粒子を実施例１と同様に加圧成形して気孔率
４０％の圧粉体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【００２２】得られた実施例１〜５および比較例１，２
の炭酸ガス吸収材を電気炉に設置し、この電気炉内に炭
酸ガス２０体積％および窒素ガス８０体積％からなる混
合ガスを流通させながら下記表１に示す３００℃、４５
０℃，５００℃の温度で１時間保持し、その前後の吸収
材の重量増加を調べることにより炭酸ガスの吸収量を測
定した。その結果を下記表１に示す。なお、この測定に
おいて前記吸収材が設置された電気炉内に窒素ガスのみ
を供給して同様な実験を行ったところ、吸収材の重量増
加が全く見られないことを確認した。
【００２３】また、実施例１〜５および比較例１の吸収
材を炭酸ガス２０体積％および窒素ガス８０体積％から
なる混合ガスを流通させながら３００℃に５時間保持
し、一旦室温に戻して重量を測定し、同様なガス条件で
６００℃、１時間保持して重量減少を測定して炭酸ガス
の放出量を測定した。なお、比較例２の吸収材では炭酸
ガス吸収のための温度条件を５００℃とし、その後同様
な６００℃で炭酸ガスの放出を行った。その結果を下記
表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】前記表１から明らかなように実施例１〜５
の吸収材は、比較例１、２の吸収材に比べて３００〜４
５０℃における１時間当たりの炭酸ガスの吸収量が大き
く、優れた炭酸ガス吸収性を有することがわかる。特
に、リチウム化酸化アルミニウム、リチウム化酸化チタ
ン、リチウム化酸化鉄、リチウム化酸化ニッケルからな
る実施例１〜４の吸収材は、炭酸ガスの吸収速度が高い
ことがわかる。
【００２６】（実施例６〜８）平均粒径１μｍ前後の酸
化鉄１モルに対して炭酸リチウム１モルを加え、さらに
下記表２に示す種類および量のアルカリ炭酸塩を混合
し、９００℃、大気中で焼成してリチウム化酸化鉄をそ
れぞれ作製した。つづいて、これらの粒状物１ｇをそれ
ぞれ直径１２ｍｍの金型内に投入して加圧成形すること
により気孔率４０％の圧粉体からなる３種の炭酸ガス吸
収材を製造した。
【００２７】得られた実施例６〜８の炭酸ガス吸収材を
電気炉に設置し、この電気炉内に炭酸ガス２０体積％お
よび窒素ガス８０体積％からなる混合ガスを流通させな
がら４５０℃の温度で１時間保持し、その前後の吸収材
の重量増加を調べることにより炭酸ガスの吸収量を測定
した。その結果を下記表２に併記する。なお、表２には
前述した比較例３の結果も併記する。
【００２８】
【表２】
【００２９】前記表２から明らかなようにアルカリ炭酸
塩の添加量の多くした実施例６〜８の吸収材は、実施例
３の吸収材に比べて４５０℃における１時間当たりの炭
酸ガスの吸収量がより大きく、優れた炭酸ガス吸収性を
有することがわかる。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、炭
化水素を燃焼させる装置からの排出ガス中の炭酸ガスを
高温下で直接かつ低エネルギー消費量、高効率で分離回
収することが可能な炭酸ガス吸収材を提供することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤坂 芳浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 富松 師浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リチウムが固溶された酸化物を含み、４
    ５０℃以下の温度で炭酸ガスと反応して炭酸リチウムを
    生成する炭酸ガス吸収材。
  2. 【請求項２】 前記リチウムが固溶された酸化物は、ア
    ルミニウム、チタン、鉄およびニッケルから選ばれる少
    なくとも１種を含むリチウム化酸化物であることを特徴
    とする請求項１記載の炭酸ガス吸収材。
  3. 【請求項３】 さらにリチウム、ナトリウムおよびカリ
    ウムから選ばれるアルカリの炭酸塩が添加されることを
    特徴とする請求項１または２記載の炭酸ガス吸収材。
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