JPWO2017038397A1 - 排ガス処理装置およびガス捕捉材劣化状況推定方法 - Google Patents

排ガス処理装置およびガス捕捉材劣化状況推定方法 Download PDF

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Abstract

排ガス処理装置１００の制御装置４５０は、移動装置４０１を介して温度測定素子３０１〜３０３をＣＯ２捕捉容器２０１内の互いに相違する位置に移動させて、そのそれぞれの位置でのＣＯ２捕捉材の温度を取得し、そのとき得られた温度測定素子３０１〜３０３の位置とＣＯ２捕捉材の温度との関係に基づきＣＯ２捕捉材（ガス捕捉材）の劣化状況を推定する。

Description

本発明は、各種プラントや動力機械などから排出される排ガスを処理する排ガス処理装置およびその排ガス処理装置におけるガス捕捉材劣化状況推定方法に関する。
捕捉材や触媒などの固体材料を用いて、排ガスから特定のガスを捕捉、補足ガスを脱離し、分離して、無害化する排ガス処理技術は、発電プラント、合成プラント、自動車など多くの分野に適用され、システム化もされている。ところが、多くの場合、そのプラントなどから排出される排ガスには、捕捉材や触媒を劣化させる成分が含まれているため、捕捉材や触媒は経時劣化する。従って、捕捉材や触媒の劣化の程度を検知し、効率よくシステム管理することは、排ガス処理装置の運転の安定性向上やランニングコスト低減を図る上で重要である。
例えば、火力発電所のボイラ排ガスから二酸化炭素（以下ＣＯ２と記す）捕捉材を用いてＣＯ２を回収する排ガス処理装置の場合、そのボイラ排ガス中には、ＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵などＣＯ２捕捉材を劣化させる成分が含まれている。従って、ＣＯ２捕捉材は、これらの成分の飛来を受けると、日時を経るにつれてＣＯ２の捕捉性能が低下する。また、ＣＯ２捕捉材は、ＣＯ２を捕捉後加熱もしくは減圧によって捕捉したＣＯ２を脱離させ、再度ＣＯ２の捕捉に連続的に使用される。または、ＣＯ２捕捉材は、この捕捉・脱離のサイクルを繰り返すことによる、熱および圧力履歴によってもＣＯ２の捕捉性能が低下する可能性がある。
一般に、ＣＯ２捕捉材はＣＯ２捕捉時に発熱する。従って、ＣＯ２の捕捉性能が低下した場合には、ＣＯ２の捕捉量が減少するため、その発熱量も減少する。従って、ＣＯ２を含む排ガスが流通した際のＣＯ２捕捉材の温度を計測することにすれば、間接的にＣＯ２捕捉材の劣化状態を把握することができる。例えば、特許文献１には、触媒が充填された反応容器内に、ガスの流通方向に沿って複数の温度測定素子を設置し、その設置した温度測定素子により触媒の温度をモニタリングすることにより、反応容器内の位置に応じた触媒の劣化状況を推定する技術が開示されている。
特開２００２―２６０７００号公報
特許文献１に開示された技術により、確かに反応容器内の位置に応じた触媒の劣化状況の推定が可能になる。しかしながら、反応容器内の位置に応じた触媒の劣化状況を、精度よく推定するには、図１にも示されているように、反応容器内に多数の温度測定素子を設置する必要がある。すなわち、従来技術には、反応容器内における捕捉材や触媒の劣化状況を精度よく推定するには、多数の温度測定素子が必要となるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、少数の温度測定素子で測定される温度を用いてガス捕捉材の劣化状況を推定することが可能なガス処理装置およびガス捕捉材劣化状況推定方法を提供することにある。
本発明に係る排ガス処理装置は、特定のガス成分を捕捉するガス捕捉材が充填され、供給ガスと前記ガス捕捉材との反応によって前記供給ガスから前記特定のガス成分を除去したガスを排出する反応容器と、前記反応容器内に配設され、前記反応容器内における前記ガス捕捉材の温度を測定する温度測定素子と、前記反応容器内を流通する前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に、前記温度測定素子を自在に移動させる移動装置と、前記移動装置を介して前記温度測定素子を移動させたとき、前記温度測定素子によって測定される前記反応容器内における互いに相違する複数位置での前記ガス捕捉材の温度を用いて、前記ガス捕捉材の劣化状況を推定する制御装置と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、少数の温度測定素子で測定される温度を用いてガス捕捉材の劣化状況を推定することが可能なガス処理装置およびガス捕捉材劣化状況推定方法が提供される。
本発明の実施形態に係る排ガス処理装置の構成の例を示した図。 ＣＯ２捕捉容器内におけるＣＯ２捕捉材の劣化状況を時系列的に示した図。 ＣＯ２捕捉容器内におけるＣＯ２捕捉材の劣化のモデルを模式的に示した図で、（ａ）は、材位置とＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉可能量との関係を示したグラフ、（ｂ）は、材位置とＣＯ２捕捉材の発熱可能量との関係を示したグラフ。 捕捉工程時のＣＯ２捕捉容器内の温度からＣＯ２捕捉材の劣化状況を推定する基本的な考え方を示した図。 温度測定素子の適切な配置位置を決定する方法の例を示した図。 コンピュータによるＣＯ２捕捉材の劣化状況推定処理の処理フローの例を示した図。 ＣＯ２捕捉容器内におけるＣＯ２捕捉材および温度測定素子の具体的な配置の例を模式的に示した図で、（ａ）は、模式的な斜視図の例、（ｂ）は、模式的な底面図の例。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
＜排ガス処理装置の構成およびＣＯ２の回収工程＞
図１は、本発明の実施形態に係る排ガス処理装置１００の構成の例を示した図である。図１に示すように、排ガス処理装置１００は、ＣＯ２捕捉容器（反応容器）２０１、熱交換器５１０、送風機５０１，５０２，５０３、凝縮器６０１，６０２，６０３、圧縮機７０１，７０２などを含んで構成される。なお、図１において、矢印付きの太線は、これらの構成要素をつなぐ配管からなるガスなどの流路を表し、その流路の途中には、適宜、バルブ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５が設けられている。
図１に示した排ガス処理装置１００は、例えば、発電所のボイラから排出される排ガスからＣＯ２を回収し、液化炭酸を精製する例である。従って、排ガス処理装置１００の主たる構成要素は、セリア（ＣｅＯ２）などを含有するＣＯ２捕捉材が充填されたＣＯ２捕捉容器２０１であり、そのＣＯ２回収の工程は、捕捉、加熱および冷却の３つの工程からなる。
すなわち、捕捉工程では、まず、ボイラからの排ガスがＣＯ２捕捉容器２０１に流通させられ、その排ガスに含まれるＣＯ２は、ＣＯ２捕捉容器２０１に充填されたＣＯ２捕捉材に捕捉される。次に、加熱工程では、ＣＯ２を捕捉したＣＯ２捕捉材に加熱ガスを流通させることにより、ＣＯ２捕捉材からＣＯ２を脱離させ、ＣＯ２捕捉容器２０１から排出されるガスのＣＯ２濃度を高める。そして、そのＣＯ２濃度の高いガスを抜き出して、凝縮器６０１，６０２，６０３によってＣＯ２をさらに濃縮し、液化炭酸を精製する。また、冷却工程では、ＣＯ２捕捉容器２０１に常温の大気を流通させることにより、ＣＯ２捕捉容器２０１内のＣＯ２捕捉材を冷却する。
また、本実施形態では、ＣＯ２捕捉容器２０１の中には、熱電対などからなる温度測定素子３０１，３０２，３０３が配設されるとともに、その外には、温度測定素子３０１，３０２，３０３を上下方向に自在に移動させるための移動装置４０１が配設されている。また、移動装置４０１は、一般的なコンピュータなどで構成された制御装置４５０に接続されている。制御装置４５０は、移動装置４０１を介して温度測定素子３０１，３０２，３０３をそれぞれ適宜定められた位置まで移動させるとともに、そのそれぞれの位置において温度測定素子３０１，３０２，３０３によって測定されたＣＯ２捕捉材の温度を取得する。さらに、制御装置４５０は、こうして取得された温度を用いて、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材の劣化状況を推定するが、その詳細については、さらに別の図面を参照して説明する。
ここでは、まず、排ガス処理装置１００の個々の構成要素について詳しく説明するとともに、ＣＯ２捕捉容器２０１を用いたＣＯ２回収の捕捉、加熱および冷却の各工程について説明する。
図１に示すように、排ガス処理装置１００では、反応容器であるＣＯ２捕捉容器２０１への入側流路として、ボイラからの排ガス、大気および加熱ガスのいずれかが流通可能なようにされた３つの流路が用意されている。これら３つの流路のそれぞれには、バルブ１０１，１０３，１０４が設けられており、捕捉、加熱および冷却の各工程に応じて、そのいずれか１つが開放され、他の２つが閉じられる。一方、ＣＯ２捕捉容器２０１の出側流路として、バルブ１０２，１０５を介して、大気または熱交換器５１０に通じる流路が用意されている。そして、捕捉、加熱および冷却の各工程に応じて、バルブ１０２，１０５の一方が開放され、他方が閉じられる。
まず、捕捉工程では、バルブ１０１，１０２を開、バルブ１０３，１０４，１０５を閉にして、ボイラからの排ガスをＣＯ２捕捉容器２０１内に流通させ、その中に充填されたＣＯ２捕捉材によって排ガス中のＣＯ２を捕捉する。なお、このときには、ＣＯ２捕捉材によってＨ２Ｏも併せて捕捉される。
なお、ここでは、ボイラからの排ガスの温度は、例えば、５０℃であるとし、その組成は、Ｎ２：７０ｖｏｌ％、ＣＯ２：１３ｖｏｌ％、Ｈ２Ｏ：１２ｖｏｌ％、Ｏ２：５ｖｏｌ％、ＳＯｘ：１ｐｐｍ、ＮＯｘ：１０ｐｐｍであるとする。
次に、加熱工程では、バルブ１０４，１０５を開、バルブ１０１，１０２，１０３を閉にし、送風機５０２を稼働させる。このとき、ＣＯ２捕捉容器２０１から排出されるガスは、加熱された熱交換器５１０に送られ、熱交換器５１０によって加熱される。また、熱交換器５１０により加熱されたガスは、加熱ガスとしてＣＯ２捕捉容器２０１に流通させられる。なお、熱交換器５１０には、例えば蒸気タービンから抽気された２００℃程度の水蒸気が供給されるものとし、その熱交換器５１０によって加熱された加熱ガスの温度は、１６０℃であるとする。
ここで、ＣＯ２捕捉容器２０１内のＣＯ２捕捉材は、加熱ガスと接触することによって約１５０℃まで加熱される。そして、それまでに捕捉していたＣＯ２およびＨ２Ｏを徐々に脱離させる。従って、加熱工程では、送風機５０２の稼働により、ＣＯ２捕捉材から脱離したＣＯ２およびＨ２Ｏを含んだガスが熱交換器５１０を通過して加熱され、ＣＯ２捕捉容器２０１に流通させられ、さらにＣＯ２およびＨ２Ｏを脱離させるという循環プロセスが形成される。
以上の循環プロセスの繰り返しによって、ＣＯ２捕捉容器２０１から流出するガス中のＣＯ２濃度およびＨ２Ｏ濃度が上昇すると、さらに、送風機５０３を稼働させて、その加熱されたガスの一部抜き出し、凝縮器６０１に送る。このとき、凝縮器６０１は、例えば２５℃（常温）の冷却水で冷却されているため、ガス中のＨ２Ｏが凝縮する。その結果、凝縮器６０１からは、Ｈ２Ｏ濃度を低減させたガスおよび凝縮水が分離して排出される。
凝縮器６０１から排出されたガス（図１で凝縮器６０１の破線の矢印側の流路に排出されたガス）は、飽和蒸気圧程度のＨ２Ｏを含んでいる。これを除去するため、そのガスを圧縮機７０１で加圧した後、凝縮器６０２で再度Ｈ２Ｏを凝縮させる。このとき、凝縮器６０２は、凝縮器６０１同様に常温の冷却水で冷却される。従って、凝縮器６０２からは、Ｈ２Ｏ濃度をさらに低減させたガスおよび凝縮水が分離して排出される。
なお、凝縮器６０２に取り込むガスを圧縮機７０１で圧縮するのは、ガスを高圧にした方がガス全圧：飽和水蒸気圧の比が高くなるので、ＣＯ２の純度を高め易くなるからである。ただし、ＣＯ２分圧が７．４ＭＰａを超える場合には、ＣＯ２は、液化炭酸または超臨界ＣＯ２となるため、Ｈ２Ｏとの分離には適さない。従って、圧縮機７０１では、ＣＯ２分圧が７．４ＭＰａ以下となるよう制御することが好ましい。
凝縮器６０２から排出されたガス（図１で凝縮器６０１の破線の矢印側の流路に排出されたガス）は、さらに圧縮機７０２によって加圧された後、凝縮器６０３へ送られ、冷却水により冷却されると、ガス中のＣＯ２は、凝縮して液化炭酸となる。そして、このときの残ガスは大気へ放出される。
なお、圧縮機７０２での圧縮に際して、Ｎ２分圧が３．４ＭＰａ以上の場合には、ガスに含まれるＮ２が液体Ｎ２または超臨界Ｎ２となるためＣＯ２との分離に適さない。また、２５℃の冷却水を用いてＣＯ２を液化炭酸として抜き出すためには、圧縮機７０２により７．４ＭＰａ以上に加圧することが好ましい。従って、ＣＯ２分圧が７．４ＭＰａ以上、かつ、Ｎ２分圧が３．４ＭＰａ以下とするためには、回収ガス（凝縮器６０２から排出されるガス）中のＣＯ２：Ｎ２の割合は、少なくとも７．４ＭＰａ／３．４ＭＰａ＝６８／３２以上であることが好ましい。すなわち、Ｏ２濃度を無視した場合の回収ガスのＣＯ２濃度は、６８％以上であることが好ましく、さらに好ましくは、８０％以上であるのがよい。ただし、回収ガスの温度が２５℃よりも低い場合には、圧力はこれ以下でもよいが、その場合には冷却機が必要となり機器の消費電力が増加する。
また、冷却工程では、バルブ１０２およびバルブ１０３を開、バルブ１０１，１０４，１０５を閉とし、送風機５０１を稼働させる。すなわち、冷却工程では、ＣＯ２捕捉容器２０１に大気ガスを流通させることにより、ＣＯ２捕捉材温度を約５０℃まで冷却する。その場合、捕捉工程におけるガス中の水分凝縮を防止する観点から、その冷却は、ＣＯ２捕捉容器２０１を流通する排ガスの露点よりも高い温度で停止させることが好ましい。
なお、以上のような捕捉、加熱および冷却の各工程をスムーズに実行するために、バルブ１０１〜１０５の開閉制御や、送風機５０１〜５０３、熱交換器５１０、凝縮器６０１〜６０３、圧縮機７０１，７０２などの運転制御は、コンピュータで制御される。ここでは、その制御に制御装置４５０を構成するコンピュータを利用する。図１において、制御装置４５０のブロックから出ている小さな矢印は、これらを制御する信号であることを表している。なお、これらの工程を制御するコンピュータは、制御装置４５０とは別のコンピュータであってもよい。
＜ＣＯ２捕捉材の劣化のモデル＞
排ガス処理装置１００において、ＣＯ２回収のための捕捉、加熱および冷却の３つの工程からなるサイクルが繰り返して行われると、排ガス処理装置１００内のＣＯ２捕捉材には、ＳＯｘやＮＯｘなどの被毒性ガスや煤塵が吸着または結合する。そのため、ＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉能力は次第に劣化する。すなわち、ＣＯ２捕捉材がそのとき限度最大に捕捉することができるＣＯ２捕捉量であるＣＯ２捕捉可能量は次第に減少する。
図２（ａ）〜（ｆ）は、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材の劣化状況を時系列的に示した図である。なお、図２（ａ）〜（ｆ）の各グラフにおいて縦軸は、ＣＯ２捕捉材の配置位置である材位置を表し、横軸は、その材位置に配置されたＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉可能量を表している。また、図２（ａ）〜（ｆ）では、ＣＯ２捕捉材の劣化は、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）の順で進行するものとしている。
また、ここでは、ＣＯ２を含んだ排ガスは、ＣＯ２捕捉容器２０１の上部から流入し、その中に含まれるＣＯ２がＣＯ２捕捉材によって捕捉された後、ＣＯ２が除去されたガスとして、ＣＯ２捕捉容器２０１の底部から排出されるものとしている（図１参照）。従って、図２（ａ）〜（ｆ）のグラフでいう材位置は、ＣＯ２捕捉容器２０１において、ＣＯ２を含んだ排ガスの流れに平行な方向でのＣＯ２捕捉材の位置を表し、具体的には、ＣＯ２捕捉材が充填されている部分の底部からの高さを表すものとしている。すなわち、材位置＝０は、ＣＯ２捕捉材の最下部位置を表し、材位置＝ｈは、ＣＯ２捕捉材の最上部位置を表す。
まず、新しいＣＯ２捕捉材がＣＯ２捕捉容器２０１に充填されたばかりの状態（初期状態）では、ＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉可能量は、図２（ａ）の太実線２１０で表わされるように、いずれの材位置においても同じである。そして、このときのＣＯ２捕捉可能量は、初期ＣＯ２捕捉可能量と呼ばれ、図２（ｂ）以下では、太破線２１１で表されている。
次に、前記捕捉、加熱および冷却の３つの工程が何回か繰り返されると、ここでは、上部側から排ガスが流通させられるとしているので、最上部に配置されたＣＯ２捕捉材から劣化が始まる（図２（ｂ）参照）。その場合、最上部に近い位置に配置されたＣＯ２捕捉材ほど、被毒性ガスや煤塵をより多く含んだ排ガスを直接に受けるので、早く劣化が進行する。従って、そのＣＯ２捕捉可能量は、太実線２１０の斜め部分で示されているように、高い材位置ほど小さく、材位置が低くなるにつれ大きくなる。つまり、ＣＯ２捕捉容器２０１の下部へ行くほど、ＣＯ２捕捉材の劣化の程度は小さくなる。
しかしながら、ＣＯ２捕捉可能量は、通常、初期ＣＯ２捕捉可能量（太破線２１１）までは回復しない（太実線２１０の縦の直線部）。これは、前記工程の繰り返しによって、ＣＯ２捕捉容器２０１内のＣＯ２捕捉材は、わずかずつではあるが、全体的に劣化するためと考えられる。なお、図２（ｂ）以下では、ＣＯ２捕捉可能量の劣化量は、初期ＣＯ２捕捉可能量を表す太破線２１１とＣＯ２捕捉可能量を表す太実線２１０との差分量２１２で表されている。
次に、前記工程がさらに繰り返されると、ＣＯ２捕捉材の劣化は、上部から下部方向へ次第に進行し（図２（ｃ）参照）、さらには、上部に配置されたＣＯ２捕捉材からＣＯ２捕捉可能量がほぼゼロとなり、ＣＯ２捕捉能力が失われていく（図２（ｄ）参照）。また、さらに前記工程が繰り返されると、ＣＯ２捕捉材の劣化は、ますます下部方向へ進行し（図２（ｅ）参照）、ついにはＣＯ２捕捉容器２０１の底部近傍に配置されたＣＯ２捕捉材に至るまで、ＣＯ２捕捉可能量がゼロに近づく（図２（ｆ）参照）。
図３は、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材の劣化のモデルを模式的に示した図で、（ａ）は、材位置とＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉可能量との関係を示したグラフ、（ｂ）は、材位置とＣＯ２捕捉材の発熱可能量との関係を示したグラフである。なお、発熱可能量とは、ＣＯ２捕捉材がその材位置におけるＣＯ２捕捉可能量分のＣＯ２をすべて捕捉したときに発熱する発熱量をいう。
本実施形態では、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材のＣＯ２捕捉可能量の劣化状況を表すモデルは、図３（ａ）に示すように、
（１）上部の材位置で、ＣＯ２捕捉可能量がほぼゼロになる太実線２１０ａの部分と、
（２）中央部の材位置で、材位置の変化量にほぼ線形的にＣＯ２捕捉可能量が減少する太実線２１０ｂの部分と、
（３）下部の材位置で、ＣＯ２捕捉可能量がほぼ一定となり変化しない太実線２１０ｃの部分と、
により構成されるものとする。
なお、以上の図３（ａ）に描かれた劣化のモデルは、そのまま、図２（ｄ）〜（ｅ）に対応させることができる。そして、図３（ａ）において、ＣＯ２捕捉可能量がほぼゼロになる太実線２１０ａの部分が存在しないケースは、図２（ｂ）〜（ｃ）に対応させることができ、また、太実線２１０ｃの部分が存在しないケースは、図２（ｆ）に対応させることができる。
なお、図３（ａ）において太破線２１１（初期ＣＯ２捕捉可能量）から太実線２１０ｃ差し引いたＣＯ２捕捉可能量の劣化量２１３は、全体的劣化量と呼ばれる。すなわち、全体的劣化量は、捕捉、加熱および冷却の工程が繰り返されたとき、ＣＯ２捕捉容器２０１内のＣＯ２捕捉材がほぼ一様に劣化する劣化量である。一方、太実線２１０ｃから太実線２１０ａまたは太実線２１０ｂを差し引いたＣＯ２捕捉可能量の劣化量２１４は、局所的劣化量と呼ばれる。すなわち、局所的劣化量は、加熱および冷却の工程が繰り返されたとき、ＣＯ２捕捉材が材位置に依存して劣化する劣化量である。
ところで、ＣＯ２捕捉材の発熱可能量とＣＯ２捕捉可能量とは、ほぼ比例関係にあるとみなすことができる。その場合には、図３（ａ）の太実線２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃで表わされるような材位置とＣＯ２捕捉可能量との関係は、図３（ｂ）の太実線２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃで表わされるような材位置と発熱可能量との関係に置き換えることができる。
ここで、図３（ｂ）の太破線２２１は、ＣＯ２捕捉材の初期発熱可能量（劣化前の発熱可能量）を表している。従って、ＣＯ２捕捉材の劣化による発熱可能量の低下量２２２は、太破線２２１と太実線２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃの差分量に相当する。すなわち、図３（ｂ）の太実線２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃで表された材位置と発熱可能量との関係も、ＣＯ２捕捉材の劣化のモデルを表したものといえる。
＜ＣＯ２捕捉材の劣化状況の推定方法＞
図４は、捕捉工程時のＣＯ２捕捉容器２０１内の温度からＣＯ２捕捉材の劣化状況を推定する基本的な考え方を示した図である。ここでは、ＣＯ２捕捉容器２０１内の互いに材位置の異なる３か所に配置された温度測定素子３０１，３０２，３０３（図１参照）によって測定される温度を用い、ＣＯ２捕捉材の劣化状況を推定する。このとき、ＣＯ２捕捉材の劣化状況は、図３（ａ）に示した劣化のモデルに従うものとする。
ここで、捕捉工程時におけるＣＯ２捕捉材の発熱について検討する。まず、ＣＯ２捕捉可能量がゼロの材位置部分（図３（ａ）の太実線２１０ａで表される材位置部分）では、ＣＯ２が捕捉されないので、ＣＯ２捕捉材の発熱量はゼロとなる。また、ＣＯ２捕捉可能量が一定となっている材位置（図３（ａ）の太実線２１０ｃで表される材位置部分）では、流通する排ガスから捕捉されるべきＣＯ２が捕捉されてしまって、なくなっているため、ＣＯ２捕捉材の発熱量はほぼゼロとみなすことができる。それに対し、図３（ａ）の太実線２１０ｂで表される材位置部分では、排ガスの流通方向（下方）に沿ってＣＯ２捕捉可能量が増加している。これは、この領域でＣＯ２が捕捉され発熱していることを意味している。
捕捉工程では、ＣＯ２捕捉容器２０１に温度Ｔ０（例えば、５０℃）の排ガスが供給されるとすれば、図３（ａ）の太実線２１０ａで表される材位置部分では、ＣＯ２捕捉材が発熱しないので、流通する排ガスの温度は上昇しない。そのため、この材位置部分では、図４（ａ）に示すように、流通する排ガスの温度は、材位置が違っても供給されたときの温度Ｔ０（例えば、５０℃）から変わらない。
次に、排ガスが、ＣＯ２捕捉材が発熱する材位置部分（図３（ａ）の太実線２１０ｂで表される材位置部分）を通過すると、その排ガスの温度は、ＣＯ２捕捉材の発熱のため上昇する。しかも、排ガスは下方に移動するので、その排ガスの温度は、下方に行くほど高くなる。従って、この材位置部分では、排ガスの温度は、図４（ａ）の太実線２３０ｂで表されるように、温度Ｔ０から温度Ｔ３（ただし、Ｔ１＞Ｔ０）まで次第に上昇する。なお、このとき材位置と温度上昇との間には線形の関係があるとは必ずしもいえないが、ここでは、簡単のため、線形の関係を仮定する。
次に、排ガスが、ＣＯ２捕捉材が発熱しない材位置部分（図３（ａ）の太実線２１０ｃで表される材位置部分）を通過するときには、排ガスの温度は上昇しなくなるため、図４（ａ）の太実線２３０ｃで表されるように、温度Ｔ３のままとなる。
以上のようにして得られた図４（ａ）の太実線２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃで表されるグラフは、ＣＯ２捕捉容器２０１内における排ガスの流れの方向に沿ったＣＯ２捕捉材の温度分布を表したものといえる。
続いて、温度測定素子３０１，３０２を図４（ａ）の太実線２３０ｂに含まれる材位置ｚ１，ｚ２に配置し、それぞれの材位置ｚ１，ｚ２で測定した温度をＴ１，Ｔ２とする。同様に、温度測定素子３０３を図４（ａ）の太実線２３０ｃに含まれる材位置ｚ３に配置し、その材位置ｚ３で測定した温度をＴ３とする。
次に、以上の測定データを横軸が温度（Ｔ）、縦軸が材位置（ｚ）とするグラフにプロットし、それぞれのプロット点をＰ１，Ｐ２，Ｐ３とする。そして、点Ｐ１，Ｐ２を通る直線Ｌ１を求め、さらに、点Ｐ３を通る温度一定の直線Ｌ２を求める。さらに、直線Ｌ１がＴ＝Ｔ０の直線およびＴ＝Ｔ３の直線（直線Ｌ２）とそれぞれ交わる点をＱ１，Ｑ２とし、そのそれぞれの材位置をｈ１，ｈ２とする。
ここで、ｈ１≧ｈ（ｈ：最上部位置）である場合には、ＣＯ２捕捉材の劣化状況はいまだ初期の段階であり、図２の（ｂ）または（ｃ）の劣化状況に対応する。従って、この場合には、温度が供給される排ガスの温度から変わらない太実線２３０ａに対応する部分は存在しない。また、ｈ＞ｈ１かつｈ２＞０である場合は、ＣＯ２捕捉材の劣化が進行しつつも、使用可能なＣＯ２捕捉材がなお残っている状態といえ、図２の（ｄ）〜（ｅ）の劣化状況に対応する。また、ｈ２≦０である場合には、ＣＯ２捕捉材がほとんど劣化した状態にあるといえ、図２の（ｆ）の劣化状況に対応する。
以上のようにして、図４（ｃ）に示すようなＣＯ２捕捉容器２０１内における材位置と温度の関係を表した太実線２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃを得ることができる。これらの太実線２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃは、それぞれ図３（ａ）における材位置とＣＯ２捕捉可能量との関係を表した太実線２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃに対応付けることができる。従って、図４（ｃ）に示した太実線２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃが表す形状から、あるいは、図４（ｃ）に示した点Ｑ１，Ｑ２の材位置の値ｈ１、ｈ２から、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材の劣化状況を推定することができる。
本実施形態では、温度測定素子３０１，３０２，３０３を配置する材位置は、移動装置４０２により上下に自在に移動可能であるとしている。従って、直線Ｌ２を決定するための温度測定素子３０３は、ＣＯ２捕捉容器２０１の底部に近い材位置、すなわち、材位置がゼロの位置より少し高い材位置に配置するのがよい。一方、直線Ｌ１の決定に用いられる温度測定素子３０１は、少なくとも最初は、ＣＯ２捕捉容器２０１の最上部に近い材位置、すなわち材位置＝ｈの位置より少し低い材位置に配置するのがよい。そして、その後は、ＣＯ２捕捉材の劣化の進行状況に応じて、適宜下方へ移動させるのがよい。また、温度測定素子３０２は、温度測定素子３０１の材位置に連動して、その材位置よりも既定の距離だけ低い材位置に配置すればよい。
図５は、温度測定素子３０１，３０２の適切な配置位置を決定する方法の例を示した図である。ここでは、まず、捕捉工程が行われているとき、温度測定素子３０１，３０２，３０３を材位置ｚ１，ｚ２，ｚ３に配置し、それぞれにより温度Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３が測定されたとする。次に、図４で説明したようにして、縦軸を材位置、横軸を温度とするグラフ上にそれぞれの測定データをプロットし、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を得る。続いて、点Ｐ１，Ｐ２を通る直線をＬ１とし、点Ｐ３を通る温度一定（Ｔ＝Ｔ３）の直線をＬ２とする。さらに、直線Ｌ１がＴ＝Ｔ０の直線およびＴ＝Ｔ３の直線（直線Ｌ２）と交わる点を、それぞれＱ１，Ｑ２とし、そのそれぞれの材位置をｈ１，ｈ２とする。
このとき、点Ｐ１，Ｐ２が直線Ｌ１上のどの位置に位置するかは、とりあえずは問題としない。つまり、点Ｐ１，Ｐ２は、点Ｑ１側に偏った位置に位置してもよく、あるいは、点Ｑ２側に偏った位置に位置してもよい。しかしながら、点Ｐ１，Ｐ２が偏った位置に位置した場合には、直線Ｌ１の適切な傾きが得られない恐れがある。そこで、ここでは、点Ｐ１，Ｐ２の重心Ｐｇが線分Ｐ１，Ｐ２の中心Ｐｃに位置するように点Ｐ１，Ｐ２、すなわち、温度測定素子３０１，３０２を移動させる。
そのために、まず、温度測定素子３０１で測定された温度Ｔ３とＣＯ２捕捉容器２０１に供給される排ガスの温度Ｔ０との差ΔＴ（＝Ｔ３−Ｔ０）を求める。次に、直線Ｌ１に基づき、線分Ｑ１−Ｑ２の中心Ｐｃの温度Ｔｃ（＝Ｔ０＋ΔＴ／２）、および材位置ｈｃ（＝（ｈ１＋ｈ２）／２）を求め、その温度Ｔｃおよび材位置ｈｃで表される点をＰｃとする。そして、温度測定素子３０１，３０２を移動させるときの移動先の材位置ｚ１’，ｚ２’を、次の式に基づき算出する（図５（ｂ）参照）。
ｚ１’＝ｈｃ＋（ｚ１−ｚ２）／２ （１）
ｚ２’＝ｈｃ−（ｚ１−ｚ２）／２ （２）
続いて、温度測定素子３０１，３０２をそれぞれ材位置ｚ１’，ｚ２’まで移動させ、その材位置で測定された温度Ｔ１’，Ｔ２’を取得する。そして、図５（ｂ）に示すように、材位置ｚ１’，ｚ２’における温度Ｔ１’，Ｔ２’のデータを、縦軸を材位置、横軸を温度とするグラフ上にプロットし、点Ｐ１’，Ｐ２’とする。次に、点Ｐ１’，Ｐ２’を通る新たな直線Ｌ１’を求め、さらに、直線Ｌ１’がＴ＝Ｔ０の直線およびＴ＝Ｔ３の直線（直線Ｌ２）とそれぞれ交わる点Ｑ１’，Ｑ２’の材位置ｈ１’，ｈ２’を求める。
なお、この場合、温度測定素子３０３は、とくには移動させないが、ｚ＜ｈ２の材位置で適宜移動させてもよい。また、移動させても、温度測定素子３０３では、基本的には、同じ温度Ｔ３が測定される。
以上により得られた直線Ｌ１’の傾きや点Ｑ１’，Ｑ２’の材位置ｈ１’，ｈ２’は、温度測定素子３０１，３０２を移動する前に得られた直線Ｌ１の傾きや点Ｑ１，Ｑ２の材位置ｈ１，ｈ２よりも適切な値とみなすことができる。すなわち、温度測定素子３０１，３０２がＣＯ２捕捉により発熱しているＣＯ２捕捉材の材位置部分（図４（ｃ）の太実線２３０ｂで示される部分）のほぼ中央に配置されることになるので、それらによって測定される温度やその傾き（材位置に対する温度の変化率）は、より安定していると判断される。
また、図２（ａ）〜（ｆ）からも分かるように、捕捉、加熱および冷却の工程が繰り返されるたびに、直線Ｌ１は、徐々に下方に移動し、直線Ｌ２は、徐々に左方に移動する。言い換えれば、線分Ｑ１−Ｑ２（図４（ｃ）の太実線２３０ｂで示される部分）は、次第に下方に移動するとともに短くなっていく。従って、捕捉工程が行われるたびに、以上に説明した方法で温度測定素子３０１，３０２の材位置を決定し、移動させていけば、その温度測定に適切な材位置を決定できるだけでなく、ＣＯ２捕捉材の劣化状況をより的確に推定することが可能になる。
＜ＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理＞
図１に示した制御装置４５０はコンピュータを内蔵しており、温度の他位置データの取得、保存、所定の計算をし、さらに、そのコンピュータは、ＣＯ２回収のための捕捉、加熱および冷却の工程の実行を制御する。そして、その捕捉工程では、温度測定素子３０１，３０２，３０３で測定された温度を取得する処理、移動装置４０１を駆動して温度測定素子３０１，３０２，３０３を上下に移動させる処理などを組み合わせて、ＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理を実現する。
図６は、コンピュータによるＣＯ２捕捉材の劣化状況推定処理の処理フローの例を示した図である。なお、このＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理は、ＣＯ２回収の捕捉工程が行われるたびに、ＣＯ２捕捉容器２０１内の温度が安定した捕捉工程終期に近い時点で実行されることが望ましい。以下、このＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理の詳細について、図２および図５も参照しつつ説明する。
まず、図６のＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理を実行する前に、コンピュータは、温度測定素子３０１，３０２，３０３の材位置をそれぞれｚ１，ｚ２，ｚ３に初期化する。ここで、材位置ｚ１，ｚ２，ｚ３の初期値としては、初回の捕捉工程が実行されるときには、例えば、ｚ１＝ｈ×０．９，ｚ２＝ｈ×０．８，ｚ３＝ｈ×０．１などの値を設定する。なお、ｈは、ＣＯ２捕捉容器２０１中のＣＯ２捕捉材の最底部の材位置を０（ゼロ）としたときの最上部位置の材位置（高さ：図４など参照）を表す。また、２回目以降の捕捉工程が実施されるときには、材位置ｚ１，ｚ２，ｚ３の初期値としては、前回の捕捉工程が実施されたときの移動後の温度測定素子３０１，３０２，３０３の材位置ｚ１’，ｚ２’，ｚ３’を用いるのがよい。
続いて、捕捉工程が開始され、ＣＯ２捕捉容器２０１中の各材位置の温度が安定すると、コンピュータは、図６のＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理を開始する。なお、各材位置の温度が安定したときは、捕捉工程が開始時間からの既定の時間が経過したときであってもよいし、温度測定素子３０１，３０２，３０３の温度を監視することにより、その温度の安定を判定して決定してもよい。
図６に示すように、コンピュータは、温度測定素子３０１，３０２，３０３のそれぞれから測定された温度Ｔ１，Ｔ２,Ｔ３（測定データ）を取得し（ステップＳ１１）、Ｔ２＝Ｔ３であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ただし、ここでいうＴ２＝Ｔ３の判定は、例えば、０．５度程度の既定の誤差を含んで、Ｔ２とＴ３とが等しいことを意味するものとする。すなわち、｜Ｔ２−Ｔ３｜≦既定の誤差であるか否かを判定する。
ステップＳ１２の判定でＴ２＝Ｔ３である場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ＣＯ２捕捉材の劣化状況は、例えば、図２（ｂ）のような状況であり、図５（ａ）でいえば点Ｐ１が直線Ｌ１上にあり、点Ｐ２，Ｐ３が直線Ｌ２上にある状況である。そこで、コンピュータは、例えば、当該ＣＯ２捕捉材が使用開始後間もないことを知らせるメッセージを表示装置などに表示する（ステップＳ２１）。
一方、ステップＳ１２の判定でＴ２＝Ｔ３でなかった場合は（ステップＳ１２でＮｏ）、図５でいう点Ｐ１，Ｐ２ともに直線Ｌ１上にある状態となるので、コンピュータは、点Ｐ１，Ｐ２を通る直線Ｌ１の式を算出するとともに、点Ｐ３を通る温度一定の直線Ｌ２の式を算出する（ステップＳ１３）。次に、コンピュータは、直線Ｌ１がＴ＝Ｔ０を表す直線およびＴ＝Ｔ３を表す直線（直線Ｌ２）とそれぞれ交わる点Ｑ１，Ｑ２の材位置ｈ１，ｈ２を計算する（ステップＳ１４）。
続いて、コンピュータは、図５を用いて説明した温度測定素子３０１，３０２の移動方法、すなわち式（１）、（２）を用いて、温度測定素子３０１，３０２の移動先の材位置ｚ１’，ｚ２’を計算する（ステップＳ１５）。次に、コンピュータは、移動装置４０１を介して、温度測定素子３０１，３０２を前記計算した移動先まで移動させる（ステップＳ１６）。なお、ここでは、温度測定素子３０３は、ＣＯ２捕捉容器２０１中の再底部近傍（例えば、ｚ３＝ｈ×０．１の位置）にあるものとし、とくに移動はさせないものとする。
続いて、コンピュータは、温度測定素子３０１，３０２，３０３から、移動後の材位置で測定された温度Ｔ１’，Ｔ２’,Ｔ３’を取得する（ステップＳ１７）。次に、コンピュータは、点Ｐ１’，Ｐ２’を通る直線Ｌ１’の式を算出し、さらに点Ｐ３’を通る温度一定の直線Ｌ２’の式を算出する（ステップＳ１８）。なお、温度測定素子３０３は、材位置を変更していないので、Ｔ３’＝Ｔ３であり、また、点Ｐ３’および直線Ｌ２’は、それぞれ点Ｐ３および直線Ｌ２と同じである。
続いて、コンピュータは、直線Ｌ１’がＴ＝Ｔ０を表す直線およびＴ＝Ｔ３を表す直線（直線Ｌ２）とそれぞれ交わる点Ｑ１’，Ｑ２’の材位置ｈ１’，ｈ２’を計算する（ステップＳ１９）。次に、コンピュータは、点Ｑ１’の材位置ｈ１’がＣＯ２捕捉材の最上部の材位置ｈより大きいか否か、すなわち、ｈ１’＞ｈであるか否かを判定する（ステップＳ２０）。その判定の結果、ｈ１’＞ｈであった場合には（ステップＳ２０でＹｅｓ）、ＣＯ２捕捉材の劣化状況は、図２（ｂ）または（ｃ）の状況に当たることを意味するので、コンピュータは、例えば、当該ＣＯ２捕捉材が使用開始後間もないことを知らせるメッセージを表示装置などに表示する（ステップＳ２１）。
一方、ステップＳ２０の判定の結果、ｈ１’＞ｈでなかった場合には（ステップＳ２０でＮｏ）、コンピュータは、点Ｑ２’の材位置ｈ２’がＣＯ２捕捉材の最底部の材位置０より小さいか否か、すなわち、ｈ２’＜０であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。その判定の結果、ｈ２’＜０であった場合には（ステップＳ２２でＹｅｓ）、ＣＯ２捕捉材の劣化状況は、図２（ｆ）の状況に当たることを意味するので、コンピュータは、例えば、当該ＣＯ２捕捉材の交換を促す警告メッセージを表示装置などに表示する（ステップＳ２４）。
また、ステップＳ２２の判定の結果、ｈ２’＜０でなかった場合には（ステップＳ２２でＮｏ）、ＣＯ２捕捉材の劣化状況は、図２（ｄ）または（ｅ）の状況に当たることを意味するので、コンピュータは、例えば、当該ＣＯ２捕捉材がまだ使用可能であることを知らせるメッセージを表示装置などに表示する（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２４では、これらのメッセージとともに、図２（ａ）〜（ｆ）のようなＣＯ２捕捉材の劣化状況を表すグラフをさらに表示してもよい。
以上のＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理によって、ＣＯ２捕捉容器２０１内のＣＯ２捕捉材の劣化状況が精度よく的確に推定されるようになる。また、排ガス処理装置１００の管理者は、表示装置に表示されるメッセージなどにより、ＣＯ２捕捉材の交換時期を知ることができるようになるので、ＣＯ２捕捉材の適切な交換が可能となる。よって、排ガス処理装置１００の効率的で経済的な運用が可能になる。
図７は、ＣＯ２捕捉容器２０１内におけるＣＯ２捕捉材および温度測定素子の具体的な配置の例を模式的に示した図で、（ａ）は、模式的な斜視図の例、（ｂ）は、模式的な底面図の例である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、ＣＯ２捕捉容器２０１内には、ガス流通部２０２とガス非流通部２０３が設けられている。本実施形態では、ＣＯ２を含んだ排ガスは、図７（ａ）のフロック矢印で示す方向、すなわち上部から下部方向へ流れるものとしている。
ガス流通部２０２には、断面がハニカム状で上下方向に長い柱状のＣＯ２捕捉材が充填されている。また、ガス非流通部２０３には、排ガスの流通方向に沿って上下方向にさや管５１１が配設されているとともに、さや管５１１以外の部分には、断熱材などが充填されている。そして、さや管５１１の内部には、移動装置４０１により上下に自在に移動可能にされた温度測定素子３０１，３０２，３０３が配設されている。
さや管５１１は、熱伝導度の高い材質、例えば金属製の管で構成されるのが好ましい。この場合、さや管５１１には、ＣＯ２捕捉材が充填されたガス流通部２０２と接触する部分に、温度測定素子３０１，３０２，３０３をＣＯ２捕捉材に直接に接触可能または近接可能にするための開口部が設けられていると、さらに好ましい。
さらに、この例では、ガス流通部２０２の底部下方には、その中心部から外周部に向かって、第２のさや管５１２が配設されている、そして、その第２のさや管５１２の内部には、第２の移動装置４０２により水平方向に自在に移動可能にされた温度測定素子３０４が配設されている。ここで、第２さや管５１２は、温度測定素子３０４を支持するための構造体を除いた部分に多数の孔部や開口部が設けられているのが好ましい。その場合、ガス流通部２０２から排出されるガスが第２さや管５１２へ流入し易くなるので、ガスの温度を精度よく測定できるようになる。
なお、第２のさや管５１２、温度測定素子３０４および第２の移動装置４０２を配設することは必須ではないが、配設した場合には、次のような効果を期待することができる。すなわち、排ガス処理装置１００を制御するコンピュータは、移動装置４０２を介して温度測定素子３０４を直径方向に移動させながらガス流通部２０２から排出されるガスの温度を測定することが可能になるので、その排出ガス温度の動径方向の変化情報を得ることができる。そこで、そのコンピュータがＣＯ２捕捉材劣化状況推定処理（図６参照）において、温度測定素子３０１，３０２，３０３から得られる温度を、この排出ガス温度の動径方向の変化情報に応じて適宜補正することにすれば、ＣＯ２捕捉材の劣化状況の推定精度はさらに向上すると考えられる。
なお、温度測定素子３０１〜３０４として使用する温度計測器の例としては、熱電対、サーミスタ、放射温度計などがある。ただし、ＣＯ２捕捉容器２０１内のさや管５１１，５１２の中を移動させる点を考慮すると、熱電対やサーミスタなど小型化の容易なものが好ましい。また、温度測定素子３０１〜３０３は、ＣＯ２捕捉材に直接接触してもよいが、移動による捕捉材の摩耗を抑制するためには、非接触であるのが好ましい。
また、図１〜図７を用いて説明した実施形態では、ＣＯ２捕捉容器２０１内でのＣＯ２捕捉材の温度は、３つの温度測定素子３０１，３０２，３０３によって測定するものとしているが、温度測定素子３０１を１つだけ用いるだけでも、ここまでに説明したＣＯ２捕捉材劣化状況の推定方法を実現することは可能である。その場合には、移動装置４０１で温度測定素子３０１を排ガスの流通方向に沿って上下に移動させながら、互いに相違する３か所の材位置でのＣＯ２捕捉材の温度を測定すればよい。ただし、この場合には、それぞれの位置で測定される温度に多少の時間ずれが生じるので、３つの温度測定素子３０１，３０２，３０３を用いる場合に比べ、得られる材位置と温度の関係などの精度が低下する。ただし、温度測定素子３０１の熱容量はＣＯ２捕捉材の熱容量に比べ十分に小さく、また、移動装置４０１で温度測定素子３０１を移動させる時間もＣＯ２捕捉材が劣化する時間スケールに比べれば十分に小さいと考えられる。従って、温度測定素子３０１を１つだけにした場合であっても、実用上は十分な精度でＣＯ２捕捉材劣化状況の推定することができる。
以上の通り、本実施形態に係る排ガス処理装置１００によれば、３つまたは１つという少ない温度測定素子を用いてＣＯ２捕捉材（ガス捕捉材）の劣化状況を高精度に推定することが可能になる。
＜実施形態の拡張について＞
以上に説明した実施形態については、その一部を様々な実施形態に変更することができる。例えば、図１に示した排ガス処理装置１００は、発電所のボイラから排出される排ガスからＣＯ２を回収する装置構成として説明されているが、その装置構成に限定される必要はない。従って、排ガスは、発電所からの排ガスに限らず、化学プラントからの排ガス、自動車排ガス、合成用ガスなど、そのいずれでもよい。その場合、排ガスの成分としては、例えば、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、炭化水素、煤塵、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｈ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｓなどがある。つまり、排ガス処理装置１００は、これらの成分の１つ以上を除去または回収する装置であればよい。
また、図１に示したＣＯ２捕捉容器２０１にはＣＯ２捕捉材が充填されているとしているが、ＣＯ２捕捉容器２０１は、広くは反応容器というべきものであり、また、ＣＯ２捕捉材は、特定のガス成分を捕捉するガス捕捉材というべきものである。
ガス捕捉、とくにＣＯ２およびＨ２Ｏを捕捉するために使用するガス捕捉材はどのような材料であってもよいが、例えば、金属酸化物、活性炭、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物、層状複水酸化物、固体の有機化合物などを用いることができる。また、前記のＣＯ２捕捉材としては単一の種類のものを用いてもよいし、複数の種類を組み合わせてもよい。また、一方を担体として用い、他方を含浸などの方法を用いて担持してもよい。
また、ここでいう金属酸化物としては、多孔質の金属酸化物を用いるのが好ましく、とくに好ましくは、Ｃｅ（セレン）、Ｃｅ以外の稀土類金属、およびＺｒ（ジルコニウム）から選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物を用いるのがよい。前記組み合わせの酸化物を用いた場合には、Ｈ２Ｏを接触させた後もＣＯ２吸着が可能であり、かつＣＯ２脱離温度を低温化することが可能である。これは、上記酸化物においては酸化物表面がＨ２Ｏと反応することでヒドロキシル基（−ＯＨ）が形成し、本官能基とＣＯ２の反応により表面に炭酸水素塩（−ＣＯ３Ｈ）の形状でＣＯ２を吸着できるためと考えている。
以上のようなガス捕捉材を合成する方法としては、含浸法、混練法、共沈法、ゾルゲル法などの調製方法が挙げられる。例えば、Ｃｅの硝酸塩を含んだ溶液に、アンモニア水、水酸化Ｎａ、水酸化Ｃａなどの塩基性の化合物を加えることでｐＨを７〜１０に調整し、沈殿させて得てもよい。沈殿により酸化物が形成される場合にはそのまま用いてもよいし、焼成により更に酸化させてもよい。
また、ガス捕捉材の形状としてはどのような形状でもよいが、粉状、粒状、ペレット状、ハニカム状、板状（モノリス状）など様々な形状に成型されたいずれの形状であってもよい。なお、ガス捕捉の反応速度を向上させたい場合には、粉状、粒状、ペレット状などの形状で使用することが好ましく、反応容器内に流通させるガス量が多く、圧力損失が上がりやすい場合には、ハニカム柱状や板状に成型して使用することが好ましい。
また、ハニカム柱状のガス捕捉材の場合、ハニカムセルの内部に温度計測素子を設置してもよい。ただし、この場合には、ハニカムセルの開口部分の面積が設置された温度計測素子の分小さくなる。その結果、温度計測素子が設置された部分のガス流量が低下するため、その部分のガス捕捉材については、被毒性ガス流通による劣化の程度が小さくなる。つまり、ガス捕捉材劣化状況の推定精度が低下すると考えられる。
このようなガス流量の低下の影響を低減するためには、予め温度計測素子を設置するハニカムセル径の大きさを大きくする、ハニカムセルの外周面やガスが流通しない部分に温度計測素子を設置するなどの構成（例えば、図７参照）をとってもよい。あるいは、径の細い、断面積の小さい温度計測素子を用いてもよいが、計測器の強度が低下するため、繰返し移動する点を考慮すると必ずしも好ましい構成ではない。また、温度計測素子の設置のためにハニカムセル内部をくり抜いてもよいが、この場合には、ハニカムセルの強度が低下する。
捕捉したＣＯ２などをガス捕捉材から脱離させるための方法としては、ガス捕捉材の加熱、減圧もしくはその両方を用いることができる。図１を用いて説明した実施形態では、加熱ガスをＣＯ２捕捉容器２０１（反応容器）内に流通させることによってＣＯ２捕捉材を加熱し、ＣＯ２を脱離させるとしているが、加熱した熱媒を流通させた伝熱管などによってＣＯ２捕捉材（ガス捕捉材）を間接的に加熱してもよい。また、減圧を行う場合には、ポンプなどを利用して反応容器内を減圧すればよい。また、加熱と減圧を両方行う場合には、減圧すると気体由来の熱伝導率が低下することから加熱速度が遅くなるため、減圧よりも加熱を先に行うことが好ましい。
加熱工程でガス捕捉材を加熱し、その後、そのガス捕捉材を用いて再度捕捉を行うためには、そのガス捕捉材を冷却する。その冷却方法としては、図１の実施形態で説明したように、冷却ガス（常温の大気）を反応容器内に流通させることによってガス捕捉材を冷却してもよいし、冷媒を流通させた伝熱管を用いて間接的にガス捕捉材を冷却してもよい。
加熱によってガス捕捉材からＣＯ２などを脱離させる場合、捕捉、加熱および冷却のそれぞれの工程の切り替え方は、どのような方法でもよい。例えば、反応容器内のガス捕捉材の位置を固定し、反応容器に供給するガスやそのガスの加熱・冷却手段の出力を変更することで、前記工程を切り換える方法（固定床方式）がある。または、捕捉、加熱および冷却のそれぞれの工程を行う空間を定め、該空間に捕捉材を移動させることでそれぞれの工程に切り換える方法（流動床方式、もしくは回転体方式）がある。回転体方式など、捕捉材が回転する場合には、温度計測素子の設置位置は回転に対して位置の変化が少ない構成が好ましく、例えば回転体の中心軸付近に温度計測器を設置する構成が好ましい。また、温度計測素子として熱電対もしくはサーミスタを利用する場合には、ねじれによる断線を防止するために計測部を潤滑油などでコーティングしてもよい。
本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。
１００ 排ガス処理装置
１０１〜１０５ バルブ
２０１ ＣＯ２捕捉容器（反応容器）
２０２ ガス流通部
２０３ ガス非流通部
３０１〜３０４ 温度測定素子
４０１ 移動装置
４０２ 第２の移動装置
４５０ 制御装置
５０１〜５０３ 送風機
５１１ さや管
５１２ 第２のさや管
６０１〜６０３ 凝縮器
７０１，７０２ 圧縮機

Claims (19)

  1. 特定のガス成分を捕捉するガス捕捉材が充填され、供給ガスと前記ガス捕捉材との反応によって前記供給ガスから前記特定のガス成分を除去したガスを排出する反応容器と、
    前記反応容器内に配設され、前記反応容器内における前記ガス捕捉材の温度を測定する温度測定素子と、
    前記反応容器内を流通する前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に、前記温度測定素子を自在に移動させる移動装置と、
    前記移動装置を介して前記温度測定素子を移動させたとき、前記温度測定素子によって測定される前記反応容器内における互いに相違する複数位置での前記ガス捕捉材の温度を用いて、前記ガス捕捉材の劣化状況を推定する制御装置と、
    を備えることを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 前記反応容器は、その外部から前記反応容器に充填された前記ガス捕捉材を加熱する加熱手段と、前記ガス捕捉材を冷却する冷却手段と、を備えており、
    前記反応容器内では、前記供給ガスを流通させて、前記ガス捕捉材に前記特定のガス成分を捕捉させる捕捉工程と、前記加熱手段により前記ガス捕捉材を加熱して、前記ガス捕捉材から前記特定のガス成分を脱離させる加熱工程と、前記加熱された前記ガス捕捉材を前記冷却手段により冷却する冷却工程と、が繰り返して行われること
    を特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
  3. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が３つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記移動装置によって互いに相違する位置に位置付けられた前記３つの温度測定素子の位置の情報と、前記位置付けられた位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
  4. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が３つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記移動装置によって互いに相違する位置に位置付けられた前記３つの温度測定素子の位置の情報と、前記位置付けられた位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記３つの温度測定素子をそれぞれ移動させる移動先の位置を計算し、
    前記３つの温度測定素子をそれぞれ前記計算した移動先の位置へ移動させた後、前記３つの温度測定素子の移動後の位置の情報と、前記移動後の位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の第２の温度分布を推定し、前記推定した第２の温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布のグラフを表示装置に表示すること
    を特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。
  6. 前記制御装置は、
    前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布に基づき、前記ガス捕捉材の大部分が劣化したと推定される場合には、前記ガス捕捉材の交換を促す警告メッセージを表示装置に表示すること
    を特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。
  7. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が１つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記温度測定素子を移動させながら互いに位置が相違する少なくとも３か所で、前記温度測定素子によって測定される前記ガス捕捉材の温度を取得し、前記少なくとも３か所の位置の情報と、そのそれぞれの位置で取得定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
  8. 前記反応容器に充填されているガス捕捉材は、ＣＯ２を捕捉するＣＯ２捕捉材であること
    を特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
  9. 前記ＣＯ２捕捉材は、金属酸化物、活性炭、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物、層状複水酸化物、および固体の有機化合物の少なくとも一つを用いたものであること
    を特徴とする請求項８に記載の排ガス処理装置。
  10. 前記ガス捕捉材の成分は、Ｃｅ、Ｃｅ以外の稀土類金属、およびＺｒから選ばれる少なくとも１つの金属を含む酸化物もしくは複合酸化物であること
    を特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
  11. 前記ガス捕捉材の形状は、ハニカム柱状、もしくはモノリス状であること
    を特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
  12. 前記加熱手段として、加熱したガスを供給する配管が前記反応容器に接続されていること
    を特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
  13. 前記加熱手段として、前記反応容器内には、加熱した熱媒を流通させる伝熱管が設けられていること
    を特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
  14. 特定のガス成分を捕捉するガス捕捉材が充填され、供給ガスと前記ガス捕捉材との反応によって前記供給ガスから前記特定のガス成分を除去したガスを排出する反応容器と、前記ガス捕捉材を加熱する加熱手段と、前記ガス捕捉材を冷却する冷却手段と、を備え、前記反応容器内に前記供給ガスを流通させて、前記ガス捕捉材に前記特定のガス成分を捕捉させる捕捉工程と、前記加熱手段により前記ガス捕捉材を加熱して、前記ガス捕捉材から前記特定のガス成分を脱離させる加熱工程と、前記加熱された前記ガス捕捉材を前記冷却手段により冷却する冷却工程と、を有してなる工程を繰り返して実行する排ガス処理装置が、
    前記反応容器内に配設され、前記反応容器内における前記ガス捕捉材の温度を測定する温度測定素子と、
    前記反応容器内を流通する前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に、前記温度測定素子を自在に移動させる移動装置と、
    少なくとも前記移動装置および前記温度測定素子に接続された制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置が、
    前記移動装置を介して前記温度測定素子を移動させたとき、前記温度測定素子によって測定される前記反応容器内における互いに相違する複数位置での前記ガス捕捉材の温度を用いて、前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とするガス捕捉材劣化状況推定方法。
  15. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が３つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記移動装置によって互いに相違する位置に位置付けられた前記３つの温度測定素子の位置の情報と、前記位置付けられた位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項１４に記載のガス捕捉材劣化状況推定方法。
  16. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が３つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記移動装置によって互いに相違する位置に位置付けられた前記３つの温度測定素子の位置の情報と、前記位置付けられた位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記３つの温度測定素子をそれぞれ移動させる移動先の位置を計算し、
    前記３つの温度測定素子をそれぞれ前記計算した移動先の位置へ移動させた後、前記３つの温度測定素子の移動後の位置の情報と、前記移動後の位置で前記３つの温度測定素子によってそれぞれ測定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の第２の温度分布を推定し、前記推定した第２の温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項１４に記載のガス捕捉材劣化状況推定方法。
  17. 前記制御装置は、
    前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布のグラフを表示装置に表示すること
    を特徴とする請求項１６に記載のガス捕捉材劣化状況推定方法。
  18. 前記制御装置は、
    前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布に基づき、前記ガス捕捉材の大部分が劣化したと推定される場合には、前記ガス捕捉材の交換を促す警告メッセージを表示装置に表示すること
    を特徴とする請求項１６に記載のガス捕捉材劣化状況推定方法。
  19. 前記反応容器内には、前記温度測定素子が１つ、前記供給ガスの流れの方向と平行な方向に移動可能に配設されており、
    前記制御装置は、
    前記捕捉工程が行われているときに、前記温度測定素子を移動させながら互いに位置が相違する少なくとも３か所で、前記温度測定素子によって測定される前記ガス捕捉材の温度を取得し、前記少なくとも３か所の位置の情報と、そのそれぞれの位置で取得定された前記ガス捕捉材の温度とから、前記反応容器内における前記供給ガスの流れの方向に沿った前記ガス捕捉材の温度分布を推定し、前記推定した温度分布に基づき前記ガス捕捉材の劣化状況を推定すること
    を特徴とする請求項１４に記載のガス捕捉材劣化状況推定方法。
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