(57)【要約】【課題】被処理ガスの変動に関わらず、吸着の終了を安定的に判定する二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法及び二酸化炭素吸着装置を提供する。【解決手段】ガス入口１３６ａとガス出口１３６ｂとがあり、内部に二酸化炭素吸着剤１０５が充填された反応容器１０６のガス入口から二酸化炭素を含有する被処理ガスを反応容器内に導入し、反応容器内で二酸化炭素の吸着を二酸化炭素吸着剤で行う二酸化炭素吸着装置による二酸化炭素の吸着方法において、反応容器内で被処理ガスと吸着剤とを接触させて被処理ガスの二酸化炭素を吸着剤に吸着させ、反応容器のガス出口から流出するガスを吸着終了判定器１０１内に流入させ、内部に二酸化炭素との反応剤１０４が充填された吸着終了判定器の被処理ガス入口１３１ａの温度と被処理ガス出口１３１ｂの温度とを測定し、吸着終了判定器の被処理ガス入口の温度と被処理ガス出口又は反応剤の温度とに応じて、吸着の終了を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス入口とガス出口とがあり、内部に二酸化炭素吸着剤が充填された反応容器の前記ガス入口から二酸化炭素を含有する被処理ガスを前記反応容器内に導入し、前記反応容器内で前記二酸化炭素の吸着を前記二酸化炭素吸着剤で行う二酸化炭素吸着装置による二酸化炭素の吸着方法において、
前記反応容器内で前記被処理ガスと前記吸着剤とを接触させて前記被処理ガスの前記二酸化炭素を前記吸着剤に吸着させる第１工程と、
前記反応容器の前記ガス出口から流出するガスを吸着終了判定器内に流入させる第２工程と、
内部に二酸化炭素との反応剤が充填された前記吸着終了判定器の被処理ガス入口の温度と被処理ガス出口の温度とを測定する第３工程と、
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度と前記被処理ガス出口の温度とに応じて、吸着の終了を判定する第４工程とを有する、
二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法。
【請求項２】
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度よりも、前記被処理ガス出口の温度が高い、請求項１に記載の二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法。
【請求項３】
前記反応剤が、アミン化合物である、請求項１又は２に記載の二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法。
【請求項４】
前記反応剤が、脂肪族第一、第二及び第三アミン、並びにポリアミン、ポリイミン、環式アミン、アミジン化合物、ヒンダードアミン、アミノ−シロキサン化合物、アミノ酸、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれたアミン化合物である、請求項３に記載の二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法。
【請求項５】
ガス入口とガス出口とがあり、内部に二酸化炭素吸着剤が充填された反応容器の前記ガス入口から二酸化炭素を含有する被処理ガスを前記反応容器内に導入し、前記反応容器内で前記二酸化炭素の吸着を前記二酸化炭素吸着剤で行う二酸化炭素吸着装置による二酸化炭素の吸着方法において、
前記反応容器内で前記被処理ガスと前記吸着剤とを接触させて前記被処理ガスの前記二酸化炭素を前記吸着剤に吸着させる第１工程と、
前記反応容器の前記ガス出口から流出するガスを吸着終了判定器内に流入させる第２工程と、
内部に二酸化炭素との反応剤が充填された前記吸着終了判定器の被処理ガス入口の温度と前記反応剤の温度とを測定する第３工程と、
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度と前記反応剤の温度とに応じて、吸着の終了を判定する第４工程とを有する、
二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法。
【請求項６】
反応容器のガス出口で配管により直接接続され被処理ガス入口と被処理ガス出口とがあり、内部に二酸化炭素との反応剤が充填された吸着終了判定器と、
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口と前記被処理ガス出口とにそれぞれ配され、被処理ガスの温度をそれぞれ測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定した前記被処理ガスの前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度と前記被処理ガス出口の温度とを基に吸着終了を判定する制御部とを備える二酸化炭素吸着装置。
【請求項７】
反応容器のガス出口で配管により直接接続され被処理ガス入口と被処理ガス出口とがあり、内部に二酸化炭素との反応剤が充填された吸着終了判定器と、
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口と前記反応剤の温度とをそれぞれ測定する温度センサと、
前記温度センサにより測定した前記被処理ガスの前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度と前記反応剤の温度とを基に吸着終了を判定する制御部とを備える二酸化炭素吸着装置。
【請求項８】
前記吸着終了判定器での温度を測定する前記温度センサは、前記被処理ガス入口から前記被処理ガス出口の方向に沿って複数個所で温度測定を行う、請求項７に記載の二酸化炭素吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の吸着剤を用い、二酸化炭素を含有する被処理ガスの二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着装置の吸着過程に於いて、吸着の終了を判定する二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法及び二酸化炭素吸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の主要因は人為的に発生する二酸化炭素であり、大幅な二酸化炭素排出削減の必要性が国際的に叫ばれている。この大幅な二酸化炭素排出削減のためには、省エネ施策とともに、より炭素の少ないエネルギーへの変換及び再生可能エネルギーへの転換や開発が行われる一方で、石炭、重油、又は天然ガス等の化石燃料使用時に排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離回収して、地中等に蓄積する技術の開発及び実証試験が国際的に進められている。
【０００３】
燃焼排ガス中の二酸化炭素を分離する方法としては、アミン化合物又は炭酸カリウム等を活性炭又はシリカ等の多孔質体に担持させた固体材料を反応容器に充填し、容器内で二酸化炭素を含む被処理ガスと接触させることにより、選択的に二酸化炭素の吸着が行われる（特許文献１）。二酸化炭素を吸着した後の吸着剤は、反応容器への被処理ガスの流れを止めた後、反応容器を加熱又は減圧することにより、吸着した二酸化炭素の脱着が行われる。これにより、吸着剤は、その吸着能力を回復して再生されることになる。再生した吸着剤は、再び、二酸化炭素を含む被処理ガスと接触させることにより、繰返し二酸化炭素の吸着に使用することが出来る。
【０００４】
このような二酸化炭素の吸着と吸着剤の再生とを連続で行う場合には、複数の反応容器を設けて交互に吸着と脱着を行う「固定層方式」が採用されている（特許文献２）。
【０００５】
また、これらの場合の吸着と脱着との切替えサイクルの方法としては、反応容器内の二酸化炭素濃度をセンサにて検出する方法や予め設定した所定時間間隔での切替えが提案されている（特許文献３）。
【０００６】
図５は、特許文献３に記載の二酸化炭素吸着装置１０の概略構成図である。反応容器１２、１８には、それぞれ吸着剤１４が充填されており、二方向バルブ２２により導入される被処理ガスの方向が制御されている。図５においては、被処理ガスが二方向バルブ２２により反応容器１２に導入されており、反応容器１２が二酸化炭素の吸着状態となっている。また、二酸化炭素が吸着された被処理ガスは、反応容器１２から排出バルブ２４により反応容器１２の外部へ排出されている。反応容器１２による二酸化炭素の吸着は、反応容器１２に設けられた二酸化炭素濃度センサ３０による吸着終了の判定又は所定の時間間隔での二方向バルブ２２の切替えまで行われる。反応容器１２での二酸化炭素の吸着が終了すると、二方向バルブ２２により反応容器１８に被処理ガスが導入され、今度は反応容器１８が二酸化炭素の吸着状態となる。このとき、反応容器１２は、吸着した二酸化炭素の脱着が行われ、脱着された二酸化炭素は、回収バルブ２８により回収側へと排出される。二酸化炭素が脱着された反応容器１２は、再び、二酸化炭素の吸着に使用することが出来る。この様に、図５の二酸化炭素吸着装置の構成は、２つの反応容器のそれぞれで二酸化炭素の吸着と脱着とを交互に行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平３−７４１３号公報
【特許文献２】特許第５５７１０８５号
【特許文献３】特表２０００−５０２２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３において提案されている二酸化炭素濃度センサによる吸着終了判定方法は、センサ自体が高額な上、応答が遅く、反応容器内ガス中のコンタミ又は水分の結露による誤差も大きく、実際の使用に於いて安定的に判定するのが難しかった。また、予め設定した時間間隔での切替えでは、二酸化炭素を含む被処理ガスの流量又は二酸化炭素濃度の変動に対応出来ないため、反応容器から吸着出来なかった二酸化炭素の漏洩を防ぐために、吸着能力に大幅な余裕を持たせた時間設定となっていた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被処理ガスの変動に関わらず、吸着の終了を安定的に判定する二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法及び二酸化炭素吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、ガス入口とガス出口とがあり、内部に二酸化炭素吸着剤が充填された反応容器の前記ガス入口から二酸化炭素を含有する被処理ガスを前記反応容器内に導入し、前記反応容器内で二酸化炭素の吸着を二酸化炭素吸着剤で行う二酸化炭素吸着装置による二酸化炭素の吸着方法において、
前記反応容器内で前記被処理ガスと前記吸着剤とを接触させて前記被処理ガスの二酸化炭素を前記吸着剤に吸着させる第１工程と、
前記反応容器の前記ガス出口から流出するガスを吸着終了判定器内に流入させる第２工程と、
内部に二酸化炭素との反応剤が充填された前記吸着終了判定器の被処理ガス入口の温度と被処理ガス出口の温度とを測定する第３工程と、
前記吸着終了判定器の前記被処理ガス入口の温度と前記被処理ガス出口の温度とに応じて、吸着過程の終了を判定する第４工程とを有する、二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の前記態様によれば、被処理ガスの変動に関わらず、吸着終了判定器の被処理ガス入口の温度と、被処理ガス入口よりも下流側の温度、例えば被処理ガス出口の温度又は反応剤の温度とに応じて吸着の終了を安定的に判定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態における代表的な二酸化炭素吸着装置の概略構成図
【図２】反応容器において、二酸化炭素を含有する被処理ガスを吸着処理させた場合の反応容器出口側の二酸化炭素濃度変化を示したグラフ
【図３】吸着終了判定器において、二酸化炭素を含有する被処理ガスを流した場合の出入口ガス温度差ΔＴの変化を示したグラフ
【図４】本発明の実施の形態における別の二酸化炭素吸着装置の概略構成図
【図５】従来の実施の形態における二酸化炭素吸着装置の概略構成図
【図６】本発明の実施の形態２における二酸化炭素吸着装置の概略構成図
【図７】本発明の実施の形態２の吸着終了判定器において、二酸化炭素を含有する被処理ガスを流した場合の入口ガスと反応剤の温度差ΔＴ１と、吸着終了判定器出口側の二酸化炭素濃度変化を示したグラフ
【図８】本発明の実施の形態３における二酸化炭素吸着装置の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態３の吸着終了判定器において、二酸化炭素を含有する被処理ガスを流した場合の入口ガスと反応剤上流部、中流部、下流部の温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃと、吸着終了判定器出口側の二酸化炭素濃度変化を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における代表的な二酸化炭素吸着装置１５０の概略構成図である。図１において、二酸化炭素吸着装置１５０は、吸着終了判定器１０１と、温度センサ１０２、１０３と、制御部１２０とを備えている。
【００１５】
反応容器１０６は、ガス入口１３６ａとガス出口１３６ｂとがあり、内部に二酸化炭素吸着剤１０５が充填されている。
【００１６】
吸着終了判定器１０１は、被処理ガス入口１３１ａと被処理ガス出口１３１ｂとがある。被処理ガス入口１３１ａは、反応容器１０６のガス出口１３６ｂに配管１２１により直接接続されている。吸着終了判定器１０１は、内部に二酸化炭素との反応剤１０４が充填されている。この反応剤１０４は、二酸化炭素との吸着反応により温度が上がるという一般的な特性を有する。
【００１７】
温度センサ１０２、１０３は、吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａと被処理ガス出口１３１ｂとにそれぞれ配され、被処理ガスの温度をそれぞれ測定する。
【００１８】
制御部１２０は、入口側と出口側との温度センサ１０２、１０３でそれぞれ検出した温度Ｔ１０２、Ｔ１０３の情報が入力される。制御部１２０は、温度Ｔ１０２、Ｔ１０３の温度差ΔＴ（＝Ｔ１０３−Ｔ１０２）を求める演算部１２０ａと、演算部１２０ａで求めた温度差ΔＴに基づき、バルブなどの開閉動作制御を行う動作制御部１２０ｂとで構成されている。よって、制御部１２０は、温度センサ１０２、１０３でそれぞれ検出した温度Ｔ１０２、Ｔ１０３の温度差ΔＴに基づき、吸着終了を判定する。制御部１２０は、判定結果を基に、ガス開閉バルブ１０７を開閉制御することができる。
【００１９】
なお、外乱による誤差等を除去するため、閾値を設けて、温度差ΔＴと閾値との比較を行い、温度差ΔＴが閾値を越えているときのみ吸着終了であると判定するようにしてもよい。
【００２０】
反応容器１０６のガス入口１３６ａに接続された配管１２２には、ガス開閉バルブ１０７が配置されている。ガス開閉バルブ１０７は、開閉することにより、二酸化炭素含有ガス導入部１０９から送風ポンプ１０８によって送られてきた二酸化炭素を含有する被処理ガスの反応容器１０６への供給を制御している。なお、矢印１１１は、ガスの流れの方向を示している。
【００２１】
以下に、本実施の形態の二酸化炭素吸着装置１５０による二酸化炭素を吸着する方法について、図１を用いて説明する。
【００２２】
二酸化炭素含有ガス導入部１０９から送風ポンプ１０８によって、ガス開閉バルブ１０７を介して、ガス入口１３６ａから反応容器１０６内に、二酸化炭素を含有する被処理ガスが導入される。
【００２３】
次いで、被処理ガス中に存在する二酸化炭素と、反応容器１０６に充填されている二酸化炭素吸着剤１０５とが接触し、二酸化炭素のみが二酸化炭素吸着剤１０５に選択的に吸着される。
【００２４】
次いで、二酸化炭素が吸着された被処理ガスは、反応容器１０６のガス出口１３６ｂから、被処理ガス入口１３１ａを介して吸着終了判定器１０１内を通り、被処理ガス出口１３１ｂから排出され、オフガスとして排出流路の配管１２３に流される。反応容器１０６での二酸化炭素の吸着は、吸着終了判定器１０１により吸着の終了が判定されるまで行われる。この判定動作については、後述する。吸着が終了すると、制御部１２０での制御の下にガス開閉バルブ１０７が閉じられることにより、反応容器１０６への二酸化炭素を含有する被処理ガスの導入が停止される。
【００２５】
その後の工程としては、反応容器１０６が加熱又は減圧されることにより、反応容器１０６に充填されている二酸化炭素吸着剤１０５が吸着した二酸化炭素の脱着が、二酸化炭素吸着剤１０５で行われる。二酸化炭素が脱着された二酸化炭素吸着剤１０５は、その吸着能力を回復して再生され、再び、二酸化炭素を含む被処理ガスと接触させることにより、繰返し二酸化炭素の吸着に使用することが出来る。脱着した二酸化炭素は、排出流路の配管１２３へと排出される。この様に、図１の二酸化炭素吸着装置１５０の構成は、二酸化炭素の吸着と脱着とを交互に行うようになっている。
【００２６】
次に、図１を用いて反応容器１０６での二酸化炭素吸着の作用を説明する。反応容器１０６に充填されている二酸化炭素吸着剤１０５は、単位時間に吸着できる二酸化炭素の量が決まっている。そのため、被処理ガスの流れにおいて二酸化炭素を完全に吸着させるためには、被処理ガスと二酸化炭素吸着剤１０５とを、ある一定の距離（すなわち時間）だけ接触させる必要がある。反応容器１０６において二酸化炭素を吸着させる場合、二酸化炭素吸着剤１０５は、被処理ガス流の上流側から順次使用される。従って、吸着の初期においては、被処理ガスと二酸化炭素吸着剤１０５との接触距離が確保できることから、被処理ガス中の二酸化炭素は完全に吸着されるが、吸着の終盤すなわち反応容器１０６での被処理ガス下流側の二酸化炭素吸着剤１０５使用時には、被処理ガスと二酸化炭素吸着剤１０５との接触距離が十分に確保できず、吸着できなかった被処理ガス中の二酸化炭素が反応容器１０６から漏洩してしまう。
【００２７】
図２は、反応容器１０６で二酸化炭素を含有する被処理ガス（二酸化炭素濃度１０％、２０％）を吸着処理させた場合の反応容器１０６のガス出口１３６ｂ側の二酸化炭素濃度変化を示したグラフである。図２から吸着の終了が近づくにつれて、反応容器１０６のガス出口１３６ｂ側から急速に二酸化炭素が漏洩しているのが分かる。この吸着の終了するまでに反応容器１０６から漏洩する二酸化炭素量は、反応容器１０６の形状、二酸化炭素吸着剤の種類、又は処理ガスの条件等により異なるが、実際に測定することにより、個々の系での二酸化炭素漏洩量Ｘを知ることは可能である。
【００２８】
次に、図１を用いて反応容器１０６での吸着の終了を判定する吸着終了判定器１０１の作用について説明する。
【００２９】
吸着終了判定器１０１には、二酸化炭素との反応により温度変化を有する反応剤１０４が充填されている。また、吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａと被処理ガス出口１３１ｂとには入口側と出口側との温度センサ１０２、１０３が配置されている。温度センサ１０２、１０３でそれぞれ検出した吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａの温度Ｔ１０２と被処理ガス出口１３１ｂの温度Ｔ１０３とは、制御部１２０に入力される。制御部１２０は、常に、出入口でのガスの温度差ΔＴ（＝Ｔ１０３−Ｔ１０２）を監視している。吸着工程において、反応容器１０６に充填されている二酸化炭素吸着剤１０５が、被処理ガス中の二酸化炭素を完全に吸着している範囲においては、吸着終了判定器１０１には、二酸化炭素を含まない被処理ガスが反応容器１０６から流れるため、温度センサ１０２と１０３とに温度差ΔＴが生じない。しかし、吸着の終了が近づき、反応容器１０６から吸着終了判定器１０１へ二酸化炭素が漏洩してくると、吸着終了判定器１０１に充填された反応剤１０４と二酸化炭素との反応により、吸着終了判定器１０１に流れた被処理ガスが加熱されるため、入口側と出口側との温度センサ１０２と１０３に温度差ΔＴが生じる。
【００３０】
図３は、吸着終了判定器１０１に、二酸化炭素を含有する被処理ガス（一例として、二酸化炭素濃度が１０％のガスと、２０％のガス）を流した場合の吸着終了判定器１０１の出入口ガス温度差ΔＴの変化を示したグラフである。図３から、反応剤１０４と二酸化炭素との反応により、吸着終了判定器１０１の出入口ガスに温度差ΔＴが生じてくるのが分かる。
【００３１】
本実施の形態の吸着の終了を判定する方法は、この出入口ガスの温度差ΔＴが生じるのを判定する方法である。出入口ガスに温度差ΔＴを生じさせる反応剤１０４による被処理ガスの加熱は、反応容器１０６から吸着終了判定器１０１へ漏洩する二酸化炭素の量に依存する。この温度差ΔＴは、反応容器１０６へと導入される被処理ガスの流量又は被処理ガスに含まれる二酸化炭素の濃度に依存しない。このため、本実施の形態の吸着終了判定方法は、被処理ガスの変動の影響を受けず、吸着の終了を安定して判定することが出来る。この結果、二酸化炭素吸着装置の吸着工程において、常に、吸着剤に余裕を持たせた状態で吸着工程を終了させる必要がなくなり、吸着剤の交換頻度を減少させ、コスト低下に寄与することができる。
【００３２】
なお、吸着終了判定器１０１に二酸化炭素を導入し、出入口ガスに温度差ΔＴが生じる（図３のＡ点を参照）までに流した二酸化炭素量Ｙ１及び出入口ガスの温度差ΔＴがピークダウンに転ずる（図３のＢ点を参照）までに導入した二酸化炭素量Ｙ２は、吸着終了判定器１０１の形状、反応剤１０４の種類、又は処理ガスの条件等により異なるが、実際に測定することにより、個々の系での二酸化炭素導入量を知ることは可能である。
【００３３】
本実施の形態では、反応容器１０６から吸着終了判定器１０１へ二酸化炭素が漏洩し、吸着終了判定器１０１の出入口ガス温度差ΔＴが生じた時点で、吸着の終了を判定している。しかしながら、反応容器１０６から漏洩する二酸化炭素漏洩量Ｘと吸着終了判定器１０１の出入口ガスに温度差ΔＴが生じる（図３のＡ点を参照）のに必要な二酸化炭素量Ｙ１とを同じ値に設定すると、吸着終了判定器１０１での吸着終了判定時期と二酸化炭素吸着剤の吸着能力の終了時期とを同じにすることが可能となる。
【００３４】
また、出入口ガスの温度差ΔＴがピークダウンに転ずる（図３のＢ点を参照）までに導入した二酸化炭素量Ｙ２を、先の反応容器１０６からの二酸化炭素漏洩量Ｘよりも大きくなるような吸着終了判定器１０１を用いた場合、即ち、下記の式（１）の条件を満たした吸着工程の系において、出入口ガス温度差ΔＴのピークダウンを判定したときには、反応容器１０６に充填された二酸化炭素吸着剤１０５は完全に使用されていることになる。
【００３５】
Ｙ２ ＞ Ｘ ・・・式（１）
本実施の形態による反応剤１０４として使用される材料としては、少なくとも１種のアミン物質からなり、様々なアミン化合物が適している。多くが次の部類に属する。脂肪族第一、第二及び第三アミン、並びにポリアミン、ポリイミン（例えば、ポリアルキレンイミン）、環式アミン、アミジン化合物、ヒンダードアミン、アミノ−シロキサン化合物、アミノ酸、及びこれらの組合せよりなる群から選ばれたアミン化合物であることが望ましい。
【００３６】
本実施の形態による二酸化炭素吸着剤１０５として使用される材料としては、活性炭、シリカ、アルミナ等、アクリル酸エステル樹脂等の多孔質体、又はそれら多孔質体にアミン化合物を担持させたものが挙げられる。
【００３７】
本実施の形態による温度センサ１０２，１０３として使用されるものとしては、サーミスタや測温抵抗体、熱電対、又はＩＣ温度センサ等が挙げられる。
【００３８】
本実施の形態による制御部１２０として使用されるものとしては、ＰＣ（すなわち、パーソナルコンピュータ）、ＰＬＣ（すなわち、プログラマブル・ロジック・コントローラ）、又はスマートリレー等が挙げられる。
【００３９】
本実施の形態では、反応容器１０６と吸着終了判定器１０１との数を１個と同じとしたが、２個以上複数であってもよいし、同じ数でなくても構わない。
【００４０】
図４は、別の実施の形態における二酸化炭素吸着装置１５０Ａの概略構成図である。図４において、図１と同じ構成要素については同じ番号を用い、説明を省略する。
【００４１】
図４においては、第１及び第２反応容器１０６ａ、１０６ｂが２個配置され、第１及び第２吸着終了判定器１０１ａ、１０１ｂが２個配置される構成となっている。流路方向変更バルブ１１２により、二酸化炭素含有ガス導入部１０９から送風ポンプ１０８によって送られてきた二酸化炭素を含有する被処理ガスを、いずれかの反応容器１０６ａ、１０６ｂへ導入するか変更できるようになっている。図４の実施の形態においては、一方の反応容器１０６ａ又は１０６ｂで二酸化炭素を吸着しているとき、もう一方の反応容器１０６ｂ又は１０６ａでは吸着した二酸化炭素の脱着が行われるようになっており、二酸化炭素の吸着と脱着とをそれぞれの反応容器１０６ａ、１０６ｂで交互に行うようになっている。これにより、二酸化炭素を含有する被処理ガスの処理を連続で行うことが可能となる上、二酸化炭素吸着剤１０５の総量が増えるため、交換頻度が少なくなること、及び、故障時の対応に選択肢が増えるなどの効果がある。
【００４２】
入口側の温度センサ１０２ａ、１０２ｂ、出口側の温度センサ１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ制御部１２０に接続されて、それぞれのガス処理ラインでの温度差ΔＴを基に吸着終了判定が行えるようにしている。
【００４３】
本実施の形態及び別の実施の形態では、それぞれ、反応容器１０６、１０６ａ、１０６ｂ及び吸着終了判定器１０１、１０１ａ、１０１ｂを縦向きに設置しているが、処理ガスの流れが反応容器１０６、１０６ａ、１０６ｂから吸着終了判定器１０１、１０１ａ、１０１ｂへ流れる方向であれば、横向きでも、上下方向、又は左右方向逆向きの流れでも構わない。
【００４４】
前記実施形態によれば、被処理ガスの変動に関わらず、吸着終了判定器１０１、１０１ａ、１０１ｂの被処理ガス入口１３１ａの温度と被処理ガス出口１３１ｂの温度とに応じて吸着の終了を安定的に判定することが出来る。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、本実施の形態２における二酸化炭素吸着装置１５０Ｂの概略構成図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ番号を用い、説明を省略する。
【００４６】
図６において、出口側との温度センサ１０３の代わりに、温度センサ１１０は、吸着終了判定器１０１の被処理ガス出口１３１ｂではなく、吸着終了判定器１０１の内部に配置されている。その内部側の温度センサ１１０は、反応剤１０４と接触して、反応剤１０４の温度を直接測定することにより、温度変化を正確に測定することができる。温度センサ１１０としては、実施の形態１の温度センサ１０２又は１０３と同様のものが使用できる。温度センサ１０２で検出した吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａの温度Ｔ１０２と温度センサ１１０で検出した反応剤１０４の温度Ｔ１１０とは、制御部１２０に入力される。
【００４７】
制御部１２０は、常に吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａと反応剤１０４との温度差ΔＴ１（＝Ｔ１１０−Ｔ１０２）を監視している。吸着の終了が近づき、反応容器１０６から吸着終了判定器１０１へ二酸化炭素が漏洩してくると、吸着終了判定器１０１の入口ガスと反応剤１０４との温度差ΔＴ１が上昇する。
【００４８】
図７は、吸着終了判定器１０１に、二酸化炭素を含有する被処理ガス（二酸化炭素濃度２０％）を流した場合の、被処理ガス入口１３１ａと反応剤１０４との温度差ΔＴ１の変化を示したグラフである。温度差ΔＴ１は評価開始１０分を超えてから上昇し始め（図７のＡ点参照）、２０分前後でピークに達した後、緩やかに減少した。
【００４９】
また、図７は、吸着終了判定器１０１の出口側の二酸化炭素濃度変化も示しているが、吸着終了判定器１０１から二酸化炭素が漏洩する（評価開始２０分前後）より前に、温度差ΔＴ１が上昇することが分かった。
【００５０】
これより、温度差ΔＴ１の上昇で二酸化炭素の吸着終了を判定することで、反応容器１０６から二酸化炭素が漏洩し始めて、二酸化炭素の吸着終了を判定するまでの時間を短縮することができる。
【００５１】
反応容器１０６のガス出口から流出するガスを吸着終了判定器１０１内に流入させる工程については、図１の実施の形態１と同様である。
【００５２】
制御部１２０は、監視している温度差ΔＴ１が上昇した時点で、反応容器１０６における二酸化炭素の吸着終了を判定する。吸着が終了した後は、図１の実施の形態１と同様に二酸化炭素吸着剤１０５から二酸化炭素が脱着される。反応剤１０４も少なくとも１種のアミン物質からなる材料のため、吸着終了判定器１０１を加熱又は減圧することにより、二酸化炭素が脱離される。二酸化炭素の脱離に伴って加熱又は減圧された反応剤１０４は、温度差ΔＴ１がゼロに近づくまで冷却させる。冷却終了後、反応剤１０４は再び吸着終了判定に使用することができる。
【００５３】
かかる構成によれば、被処理ガスの変動に関わらず、吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａの温度と反応剤１０４の温度とに応じて吸着の終了を安定的に判定することが出来る。また、温度センサ１１０が、反応剤１０４と接触した状態で温度を測定することにより、反応剤１０４の温度変化を正確に測定することができるとともに、反応容器１０６から二酸化炭素が漏洩し始めてから、吸着終了判定までの時間を短縮することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図８は、本実施の形態３における二酸化炭素吸着装置１５０Ｃの概略構成図である。図８において、図４、図６と同じ構成要素については同じ番号を用い、説明を省略する。
【００５５】
図８において、温度センサ１１０の代わりとして配置された、温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、被処理ガスが流れる吸着終了判定器１０１の内部の上流部、中流部、下流部に配置され、それぞれ反応剤１０４と接触して、３か所の反応剤１０４の温度を直接測定することにより、温度変化を正確に測定することができる。温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとしては、実施の形態１の温度センサ１０２又は１０３と同様のものが使用できる。
【００５６】
二酸化炭素の吸着と脱着とは、図４の実施の形態１と同様に、それぞれの反応容器１０６ａ、１０６ｂで交互に行うようになっている。反応容器１０６ａ、１０６ｂの出口側に配置された流路方向変更バルブ１１２ａ、１１２ｃは、制御部１２０によって、配管１２３を介して吸着終了判定器１０１にガスを流入する方向と、配管１２４又は１２５へ排出する方向とのいずれか切替制御される。例えば、反応容器１０６ａ、１０６ｂでそれぞれ二酸化炭素が吸着される工程では、吸着終了判定器１０１にガスを流入する方向に制御部１２０によって切換え制御されるが、吸着終了の判定後、反応容器１０６ａ、１０６ｂから二酸化炭素が脱着される工程では、脱着された二酸化炭素をそれぞれ配管１２４、１２５へ排出する方向に制御部１２０によって切換え制御される。流路方向変更バルブ１１２ｂは、反応容器１０６ａ、１０６ｂで交互に行われる二酸化炭素の吸着に対し、それぞれから漏洩してきたガスが吸着終了判定器１０１に流入される方向に制御部１２０によって制御される。
【００５７】
温度センサ１０２で検出した吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａの温度Ｔ１０２と、温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃでそれぞれ検出した反応剤１０４の温度Ｔ１１０ａ、Ｔ１１０ｂ、Ｔ１１０ｃとは、制御部１２０に入力される。
【００５８】
制御部１２０は、吸着終了判定器１０１の入口ガスと反応剤１０４との温度差ΔＴａ（＝Ｔ１１０ａ−Ｔ１０２）、ΔＴｂ（＝Ｔ１１０ｂ−Ｔ１０２）、ΔＴｃ（＝Ｔ１１０ｃ−Ｔ１０２）の経時的変化を監視している。吸着の終了が近づき、反応容器１０６ａ、１０６ｂから吸着終了判定器１０１へ二酸化炭素が漏洩してくると、吸着終了判定器１０１の入口ガスと反応剤１０４との温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃが上昇する。
【００５９】
図９は、吸着終了判定器１０１に、二酸化炭素を含有する被処理ガス（二酸化炭素濃度２０％）を流した場合の、被処理ガス入口１３１ａと反応剤１０４との温度差ΔＴａ（上流部）、ΔＴｂ（中流部）、ΔＴｃ（下流部）の変化を示したグラフである。
【００６０】
反応剤１０４は、被処理ガス流の上流部から順次反応するため、まず、上流部の温度差ΔＴａが上昇し（図９のＡ点参照）、その後、中流部の温度差ΔＴｂが上昇し（図９のＢ点参照）、次いで、下流部の温度差ΔＴｃが上昇した（図９のＣ点参照）。
【００６１】
また、図９は、吸着終了判定器１０１の出口側の二酸化炭素濃度変化も示しているが、吸着終了判定器１０１から二酸化炭素が漏洩する（評価開始２０分前後）より前に、温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃが順次上昇することが分かった。
【００６２】
順次上昇する温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃを利用して、この吸着終了判定器１０１は、各判定後に、反応剤１０４から二酸化炭素の脱離と反応剤１０４の冷却とを行うことなく、３回の吸着終了の判定を行うことができる。制御部１２０は、温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃを基に順次吸着終了の判定を行い、判定回数をカウントし、カウント数に応じて温度差ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃでの判定と反応剤１０４における二酸化炭素の脱離の開始とを制御する。
【００６３】
以下に３回の吸着終了の判定について具体的に説明する。
【００６４】
制御部１２０は、流路方向変更バルブ１１２、１１２ａ、１１２ｂを制御し、被処理ガスが反応容器１０６ａを通って、配管１２３及び吸着終了判定器１０１に流れるよう各バルブ１１２、１１２ａ、１１２ｂを切り替えて、被処理ガスの二酸化炭素を二酸化炭素吸着剤１０５に吸着させる。
【００６５】
次いで、制御部１２０は、吸着終了判定器１０１にて、監視している上流側の温度差ΔＴａが上昇した時点で、反応容器１０６ａにおける二酸化炭素の１回目の吸着終了を判定し、流路方向変更バルブ１１２ａを制御して、流路を配管１２３から配管１２４の方向へ切り替える。反応容器１０６ａの二酸化炭素吸着剤１０５から脱着された二酸化炭素は、配管１２４へと排出される。
【００６６】
その後、制御部１２０は、被処理ガスが反応容器１０６ｂを通って、配管１２３及び吸着終了判定器１０１に流れるよう各バルブ１１２、１１２ｃ、１１２ｂを切り替える。反応容器１０６ｂでの二酸化炭素の吸着工程後、監視している中流側の温度差ΔＴｂが上昇した時点で、反応容器１０６ｂにおける二酸化炭素の２回目の吸着終了を判定し、流路を配管１２３から配管１２５の方向へ切り替える。反応容器１０６ｂから脱着された二酸化炭素は、配管１２５へと排出される。
【００６７】
その後、制御部１２０は、被処理ガスが反応容器１０６ａを通って、配管１２３及び吸着終了判定器１０１に流れるよう各バルブ１１２、１１２ａ、１１２ｂを切り替える。再度、反応容器１０６ａでの二酸化炭素の吸着工程後、監視している下流側の温度差ΔＴｃが上昇した時点で、反応容器１０６ｂにおける二酸化炭素の３回目の吸着終了を判定し、流路を配管１２３から配管１２４の方向へ切り替える。反応容器１０６ａから脱着された二酸化炭素は、配管１２４へと排出される。
【００６８】
吸着終了の判定を３回カウントした後に、吸着終了判定器１０１においても、反応剤１０４に吸着した二酸化炭素の脱離を行う。吸着終了判定器１０１から脱離された二酸化炭素は配管１２３へと排出される。二酸化炭素を脱離した後の反応剤１０４は実施の形態２と同様に冷却され、再び吸着終了の判定に使用することができる。
【００６９】
吸着終了判定器１０１において、温度差ΔＴａから温度差ΔＴｂ、温度差ΔＴｃと順次吸着終了の判定を３回カウントし、３回の吸着終了の判定後、吸着終了判定器１０１で吸着した二酸化炭素の脱離を行うことで、反応剤１０４の交換頻度を減少させ、コスト低下に寄与することができる。
【００７０】
本実施の形態３では、温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを吸着終了判定器１０１内部の上流部から下流部にかけて３箇所に配置し、異なる場所の反応剤１０４の温度変化を順次測定できるようにしたが、吸着終了判定器１０１のサイズ又は反応剤１０４の充填量によってはセンサの数が増減してもよい。また、被処理ガスが流れる吸着終了判定器１０１の内部の上流部から下流部にかけて温度センサが移動する機構を設け、温度センサを移動させて、異なる場所の反応剤１０４の温度変化を順次測定できるようにしてもよい。要するに、吸着終了判定器１０１の内部の上流部から下流部にかけて複数個所（言い換えれば、被処理ガス入口から被処理ガス出口の方向に沿った複数個所）で温度が測定できればよい。このための、温度センサとしては、実施の形態３のように３個の温度センサでもよいし、この変形例のように可動式の１個の温度センサでもよいし、１個は固定式の温度センサで１個は可動式の温度センサの合計２個の温度センサでもよい。
【００７１】
かかる構成によれば、被処理ガスの変動に関わらず、吸着終了判定器１０１の被処理ガス入口１３１ａに近い上流側の温度と、中流側の温度と、被処理ガス出口１３１ｂに近い下流側の温度とに応じて吸着の終了を安定的に判定することが出来る。また、温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが、反応剤と接触した状態で温度を測定することにより、温度変化を正確に測定することができるとともに、反応容器１０６ａ、１０６ｂから二酸化炭素が漏洩し始めてから、吸着終了判定までの時間を短縮することができる。さらに、温度センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを吸着終了判定器１０１の内部の上流部から下流部にかけて３箇所に配置し、順次二酸化炭素の吸着終了を判定することにより、反応剤１０４の交換頻度を減少させ、コスト低下に寄与することができる。
【００７２】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の前記態様にかかる二酸化炭素吸着装置の吸着終了判定方法及び二酸化炭素吸着装置は、従来の吸着終了判定方法に比べて、被処理ガスの変動を受けることなく安定的に判定することが可能になる。また、本発明の前記態様は、二酸化炭素吸着剤もより効率良く使用できることとなり、二酸化炭素の分離回収コストの低下に繋がる。このような二酸化炭素の分離回収コストの低下は、二酸化炭素削減手段として広く用いられて、地球環境改善へと繋がる可能性がある。
【符号の説明】
【００７４】
１２・・・反応容器
１４・・・吸着剤
１８・・・反応容器
２２・・・二方向バルブ
２４・・・排出バルブ
２８・・・回収バルブ
３０・・・二酸化炭素濃度センサ
１０１、１０１ａ、１０１ｂ・・・吸着終了判定器
１０２、１０２ａ、１０２ｂ・・・入口側の温度センサ
１０３、１０３ａ、１０３ｂ・・・出口側の温度センサ
１０４・・・反応剤
１０５・・・二酸化炭素吸着剤
１０６、１０６ａ、１０６ｂ・・・反応容器
１０７・・・ガス開閉バルブ
１０８・・・送風ポンプ
１０９・・・二酸化炭素含有ガス導入部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ・・・反応剤の温度センサ
１１１・・・被処理ガスの流れ
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ・・・流路方向変更バルブ
１２０・・・制御部
１２０ａ・・・演算部
１２０ｂ・・・動作制御部
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５・・・配管
１３１ａ・・・被処理ガス入口
１３１ｂ・・・被処理ガス出口
１３６ａ・・・ガス入口
１３６ｂ・・・ガス出口
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ・・・二酸化炭素吸着装置
ΔＴ・・・出入口ガス温度差
ΔＴ１、ΔＴａ、ΔＴｂ、ΔＴｃ・・・入口ガスと反応剤の温度差
Ｔ１０２・・・入口側の温度
Ｔ１０３・・・出口側の温度
Ｔ１１０、Ｔ１１０ａ、Ｔ１１０ｂ、Ｔ１１０ｃ・・・反応剤の温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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