(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性物質にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素の分離方法であって、
前記二酸化炭素吸着材と処理対象の気体とを接触させて二酸化炭素を吸着する吸着過程と、
二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材から加熱気流を用いて二酸化炭素を脱着させる脱着過程と、
前記アミン化合物を前記二酸化炭素吸着材の多孔性物質に再担持させるアミン再担持過程と
前記二酸化炭素吸着材から脱着したアミン化合物を回収するアミン回収過程を包含し、
前記アミン再担持過程において使用される前記アミン化合物には、前記アミン回収過程において回収されたアミン化合物が含まれることを特徴とする、二酸化炭素の分離方法。
【請求項２】
前記アミン回収過程は、前記脱着過程における二酸化炭素の脱着後の気流から前記アミン化合物を回収することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の分離方法。
【請求項３】
前記脱着過程における前記加熱気流により加熱された前記二酸化炭素吸着材を気流により冷却する冷却過程を更に包含し、前記アミン回収過程は、前記冷却過程における冷却後の気流から前記アミン化合物を回収することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の分離方法。
【請求項４】
更にもう一つの前記二酸化炭素吸着材を用いた請求項１記載の二酸化炭素の分離方法であって、
前記脱着過程における前記加熱気流により加熱された前記二酸化炭素吸着材を気流により冷却する冷却過程と、
前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流を前記もう一つの二酸化炭素吸着材に導入して該気流に含まれるアミン化合物を該もう一つの二酸化炭素吸着材に捕集するアミン回収過程と
を更に包含することを特徴とする二酸化炭素の分離方法。
【請求項５】
前記アミン化合物は、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン又はその混合物であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の二酸化炭素の分離方法。
【請求項６】
前記加熱気流は、空気と水蒸気との混合気体である請求項１乃至５の何れかに記載の二酸化炭素の分離方法。
【請求項７】
多孔性物質にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素分離装置であって、
前記二酸化炭素吸着材を充填した吸着材充填槽と、
該吸着材充填槽に二酸化炭素を含む処理対象の気体を供給する給気手段と、
二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を脱着させるための加熱気流を供給する加熱気流供給手段と、
前記アミン化合物を前記二酸化炭素吸着材の多孔性物質に供給するアミン再担持手段と、
前記二酸化炭素吸着材から脱着したアミン化合物を回収するアミン回収装置を備え、
前記アミン再担持手段によって再担持される前記アミン化合物には、前記アミン回収装置において回収されたアミン化合物が含まれることを特徴とする二酸化炭素分離装置。
【請求項８】
前記アミン回収装置は、二酸化炭素の脱着後の気流から前記アミン化合物を回収することを特徴とする請求項７記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項９】
二酸化炭素を脱着させた後の前記二酸化炭素吸着材に冷却用気流を供給する冷却気流供給手段を更に備え、前記アミン回収装置は、前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流から前記アミン化合物を回収することを特徴とする請求項７記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１０】
更にもう一つの前記吸着材充填槽を備えた請求項７に記載の二酸化炭素分離装置であって、
二酸化炭素を脱着させた後の前記二酸化炭素吸着材に冷却用気流を供給する冷却気流供給手段と、
前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流を前記もう一つの吸着材充填槽に導入して該気流に含まれるアミン化合物を前記もう一つの吸着材充填槽内の二酸化炭素吸着材に捕集するアミン回収装置と
を更に備えたことを特徴とする二酸化炭素分離装置。
【請求項１１】
前記アミン化合物は、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン又はその混合物であることを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の二酸化炭素分離装置。
【請求項１２】
前記加熱気流供給手段から供給される前記加熱気流は、空気と水蒸気との混合気体である請求項７乃至１１の何れかに記載の二酸化炭素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素分離方法及び装置に関し、より詳細には、アミノ基を有するポリマーや多孔性物質の表面にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材を用い、二酸化炭素の吸着と脱着とを交互に繰り返して空気中の二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、潜水艦、宇宙船等では換気ができないため、乗員の居住する空間には二酸化炭素の濃度を一定レベル以下に保つための二酸化炭素分離装置が用いられている。また、空気調和されたオフィス等では換気が必要とされるが、近年の大気中の二酸化炭素濃度の増大に伴い、オフィス内の二酸化炭素濃度を一定値以下に維持するために必要な換気量が年々増加している。換気量の増加に伴って、冷房や暖房による空調エネルギーのロスも増大し、これを抑制するために、二酸化炭素分離空調システムにより換気量を抑制して、空調エネルギーのロスを低減させることが検討されている。【０００３】
一方、地球温暖化ガスとして知られる二酸化炭素の排出量削減は、地球的規模の課題であり、太陽エネルギー、風力、地熱などの開発が行われる一方で、石炭等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や実証試験が国際的に進められている。【０００４】
燃焼排ガスを対象とする、大規模二酸化炭素分離回収技術の一つとして、製鉄所高炉等からの排ガス中の二酸化炭素を分離回収する化学吸収法が検討されており、新たな吸収液の開発も進められている（特許文献１）。一方、二酸化炭素の吸着分離技術については、アミン化合物や炭酸カリウムを活性炭等に担持する二酸化炭素吸着材の開発が知られている（特許文献２，３）。【０００５】
このような二酸化炭素吸着材のうち、二酸化炭素の捕捉材としてアミン化合物を多孔性物質の表面に担持させ、このアミン化合物により二酸化炭素を吸着させるものが盛んに検討されている（特許文献３〜５）。これらの従来技術では、アミン化合物をアルミナ、ゼオライト、カーボンモレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ポリマー吸着剤等に担持する方法や、加熱による再生方法が開示されている。アミン化合物は、二酸化炭素との親和性が高く、居住空間の低濃度二酸化炭素を容易に吸着することができる。また、１００℃以下の低い温度での加熱によって吸着した二酸化炭素を容易に脱着して放出するので、吸着性能の再生が可能であるという特徴がある。このように、アミン化合物の担持物の使用により、空気中の二酸化炭素のみを居住空間の空気から除去することが可能となり、新鮮な空気の供給を抑え、少ないエネルギーで居住空間の空気浄化に適したシステムを構築することが可能となる。また、空調熱源の廃熱を利用して二酸化炭素の吸着材を再生することにより、二酸化炭素分離装置を連続稼働させる空調システムも開示されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６２７５号公報
【特許文献２】特許第３８５３３９８号
【特許文献３】特許第２６３５４４６号（請求の範囲）
【特許文献４】特表平３−５０２７７４号公報（請求の範囲）
【特許文献５】特表２０００−５０２２８９号公報（請求の範囲）
【特許文献６】特開２００６−２７５４８７号公報（請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、二酸化炭素の捕捉材として使用されるモノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン化合物は徐々に蒸散するため、長時間の使用により二酸化炭素吸着能が低下することが分かっている。また、これらのアミンは熱的安定性にも問題があり、二酸化炭素とアミン（Ｒ−ＮＨ）との結合脱着反応の際に、アミノ基が加熱によって酸化されるか、又はカルバミン酸（Ｒ−ＮＨ−ＣＯＯＨ）を形成して二酸化炭素が徐々に固定され、二酸化炭素吸着能が徐々に低下することも知られている。そのため、一定期間毎に二酸化炭素吸着材を交換しなければならず、これにより、装置の運転停止といった支障をきたすのみならず、吸着材の交換費用が頻繁に発生することとなる。これらのことが、アミン化合物の担持物を用いた二酸化炭素分離装置が古くから周知であるにもかかわらず、広く普及していない理由の一つと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、アミン化合物を用いた二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避し、吸着材を交換することなく長時間に亘って二酸化炭素吸着能を維持し得る二酸化炭素分離方法及び装置を提供することである。【０００９】
多孔性物質の表面にアミン化合物を担持させた吸着剤を用いた二酸化炭素分離装置では、二酸化炭素と反応するアミン化合物は二酸化炭素吸着剤の表面の薄い層に位置する一部に限られると考えられる。そのため、二酸化炭素と反応することなく多孔性物質の表面から蒸散してしまうアミン化合物も多いことが分かっている。本発明は、多孔性物質の表面から脱着したアミン化合物を回収し、これを多孔性物質に再担持させることにより、吸着材を交換することなく長時間に亘って二酸化炭素吸着能を維持し得る二酸化炭素分離方法及び装置を提供することをも目的としている。【００１０】
本発明の二酸化炭素分離方法は、多孔性物質にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素の分離方法であって、前記二酸化炭素吸着材と処理対象の気体とを接触させて二酸化炭素を吸着する吸着過程と、二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材から加熱気流を用いて二酸化炭素を脱着させる脱着過程と、前記アミン化合物を前記二酸化炭素吸着材の多孔性物質に再担持させるアミン再担持過程と、前記二酸化炭素吸着材から脱着したアミン化合物を回収するアミン回収過程を包含し、前記アミン再担持過程において使用される前記アミン化合物には、前記アミン回収過程において回収されたアミン化合物が含まれるように構成することができる。
【００１１】
これにより、蒸散により多孔性物質の表面から失われたアミン化合物や、酸化によりカルバミン酸として吸着材に固定されて消失したアミン化合物を補うことが可能となり、二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。 
【００１２】
また、居住空間の空気や排ガスなどの処理気体中には、二酸化炭素の他に揮発性有機物質（ＶＯＣ）をはじめとして微量のＳＯｘやＮＯｘ等が含まれ、これらが吸着材表面に付着すると吸着材の二酸化炭素吸着能が低下するが、本発明においては、アミン化合物の多孔性物質への再担持により、低下した二酸化炭素の吸着能を回復することが可能となる。このようなアミン化合物の多孔性物質への再担持は、繰り返し行われる吸着過程と脱着過程との間の適当な時期に行うことができる。 
【００１３】
回収したアミン化合物を多孔性物質に再担持することにより、アミン化合物の無駄を低減するとともに、吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。【００１４】
ここで、前記アミン回収過程は、前記脱着過程における二酸化炭素の脱着後の気流から前記アミン化合物を回収するように構成することが可能である。特に、脱着過程において加熱した空気を使用する場合、二酸化炭素の脱着とともにアミン化合物の一部が蒸散するため、二酸化炭素の脱着過程においてアミン捕集を行えば、蒸散したアミン化合物の殆どを回収することができる。【００１５】
また、上記において、前記脱着過程における前記加熱気流により加熱された前記二酸化炭素吸着材を冷却する冷却過程を更に包含し、前記アミン回収過程は、前記冷却過程における冷却後の気流から前記アミン化合物を回収するように構成することができる。特に、冷却過程の初期の二酸化炭素吸着材は十分に冷却されておらず、その温度が常温まで低下するまでの間にアミン化合物の一部が蒸散するため、これを回収して多孔性物質に再担持することにより、アミン化合物の無駄を低減するとともに、吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。【００１６】
上記においては、更にもう一つの前記二酸化炭素吸着材を用いてもよく、この場合には、前記脱着過程における前記加熱気流により加熱された前記二酸化炭素吸着材を気流により冷却する冷却過程と、前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流を前記もう一つの二酸化炭素吸着材に導入して該気流に含まれるアミン化合物を該もう一つの二酸化炭素吸着材に捕集するアミン回収過程とを更に包含することとなる。【００１７】
少なくとも２つの吸着材充填材を用いた二酸化炭素分離方法では、一つの二酸化炭素吸着材を二酸化炭素の吸着に使用し、もう一つの二酸化炭素吸着材は待機状態とされる場合が多い。二酸化炭素を吸着した後の二酸化炭素吸着材には、二酸化炭素を脱着させるための加熱気流が供給される。特に、二酸化炭素脱着用の加熱気流として水蒸気を使用する場合、水蒸気はまず二酸化炭素吸着材の端部に凝縮して温度を上昇させ、この温度上昇位置が順次移動することにより二酸化炭素は順次脱着する。二酸化炭素の脱着は比較的短時間で完了し、その後、二酸化炭素の脱着を終えた二酸化炭素吸着材には冷却用気流が供給される。その際、この二酸化炭素吸着材から出る気流には蒸散したアミン化合物が含まれるが、この気流をもう一つの二酸化炭素吸着材に導入することにより、蒸散したアミン化合物をこのもう一つの二酸化炭素吸着材に捕集することが可能となる。これにより、特にアミン化合物の回収のための過程を設けることなく、蒸散したアミン化合物を別の二酸化炭素吸着材に回収することが可能となる。【００１８】
上記二酸化炭素分離方法において、アミン化合物として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン又はその混合物を使用することができる。これらのアミン化合物は二酸化炭素との親和性が高く、常温で二酸化炭素を容易に吸着するとともに、４０℃〜７０℃の比較的低い温度で容易に二酸化炭素を脱着させることができ、しかも熱的劣化を伴うことなく、また加熱による蒸散量も少ないからである。また、これらのアミン化合物を冷却して回収する場合、消費電力の大きい冷凍機を用いることなく、空気冷却器等の簡易的冷却手段によって凝縮させることができる。さらに、これらのアミン化合物の蒸散により、多孔性物質の表面の細孔空間が拡大するため、再担持が容易となるとともに、過剰担持などによる吸着材の比表面積の減少を回避することができる。従って、これらのアミン化合物を使用した二酸化炭素吸着材は、再担持によってほぼ初期性能まで回復させることができる。ここで、モノエタノールアミン及びジエタノールアミンは、気化防錆材等に利用されていることから分かるように揮発性を有しており、上記のように徐々にではあるが加熱により蒸散して多孔性物質の表面から脱着する。しかし、上記発明においては、アミン回収過程において蒸散した上記アミン化合物を回収することができるので、アミン化合物の蒸散による二酸化炭素吸着能の低下の問題は生じない。【００１９】
また、上記の二酸化炭素の分離方法においては、加熱気流として、空気と水蒸気との混合気体を使用することができる。空気と水蒸気との混合気体を使用することにより、水蒸気が有する大きな熱量を凝縮させて二酸化炭素の脱着に利用することができるので、二酸化炭素を脱着するために供給する空気流量が低減し、その結果、空気流量に比例するアミン蒸散速度を抑制することができる。アミン蒸散速度が大きい場合、再担持の頻度が高くなるが、空気と水蒸気との混合気体を使用することにより、空気流量を低減して再担持回数を削減すれば、より安定な二酸化炭素分離方法となる。またさらに、空気流量の低減は、この気流により外部に放出される熱損失を小さくすることもできる。【００２０】
本発明の二酸化炭素分離装置は、多孔性物質にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材を用いた二酸化炭素分離装置であって、前記二酸化炭素吸着材を充填した吸着材充填槽と、該吸着材充填槽に二酸化炭素を含む処理対象の気体を供給する給気手段と、二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を脱着させるための加熱気流を供給する加熱気流供給手段と、前記アミン化合物を前記二酸化炭素吸着材の多孔性物質に供給するアミン再担持手段と、前記二酸化炭素吸着材から脱着したアミン化合物を回収するアミン回収装置を備え、前記アミン再担持手段によって再担持され前記アミン化合物には、前記アミン回収装置において回収されたアミン化合物が含まれるように構成することができる。
【００２１】
この構成により、蒸散、酸化等により二酸化炭素吸着材から消失したアミン化合物を補うことが可能となり、二酸化炭素吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。
【００２２】
また、揮発性有機物質、ＳＯｘ、ＮＯｘ等により低下した二酸化炭素吸着能を回復させることが可能となる。このようなアミン化合物の多孔性物質への再担持は、装置の停止時又は繰り返し行われる二酸化炭素の吸着及び脱着の間の適当な時期に行うことができる。
【００２３】
回収したアミン化合物を多孔性物質に再担持することにより、アミン化合物の無駄を低減するとともに、吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。【００２４】
ここで、前記アミン回収装置は、二酸化炭素の脱着後の気流から前記アミン化合物を回収するように構成することが可能である。特に、二酸化炭素吸着材からの二酸化炭素の脱着に加熱空気を使用する場合、二酸化炭素の脱着とともにアミン化合物の一部が蒸散するため、二酸化炭素脱着後の気流からアミン捕集を行えば、蒸散したアミン化合物の殆どを回収することができる。【００２５】
また、上記において、二酸化炭素を脱着させた後の前記二酸化炭素吸着材に冷却用気流を供給する冷却気流供給手段を更に備え、前記アミン回収装置は、前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流から前記アミン化合物を回収するように構成することができる。特に、冷却用気流の供給を開始した初期の二酸化炭素吸着材は十分に冷却されておらず、その温度が常温まで低下するまでの間にアミン化合物の一部が蒸散するため、これを回収して多孔性物質に再担持することにより、アミン化合物の無駄を低減するとともに、吸着材の二酸化炭素吸着能の低下を回避することが可能となる。【００２６】
上記においては、更にもう一つの前記吸着材充填槽を備えた構成としてもよく、この場合には、二酸化炭素を脱着させた後の前記二酸化炭素吸着材に冷却用気流を供給する冷却気流供給手段と、前記二酸化炭素吸着材を冷却した後の気流を前記もう一つの吸着材充填槽に導入して該気流に含まれるアミン化合物を前記他の吸着材充填槽内の二酸化炭素吸着材に捕集するアミン回収装置とが更に備えられる。【００２７】
少なくとも２つの吸着材充填槽を備えた二酸化炭素分離装置では、一つの吸着材充填槽を二酸化炭素の吸着に使用し、もう一つの吸着材充填槽は待機状態とされる場合が多い。二酸化炭素を吸着した吸着材充填槽には、加熱気流供給手段から二酸化炭素を脱着させるための加熱気流が供給される。特に、二酸化炭素脱着用の加熱気流として水蒸気を使用する場合、水蒸気はまず二酸化炭素吸着材の端部に凝縮して温度を上昇させ、この温度上昇位置が順次移動することにより二酸化炭素は順次脱着する。 
【００２８】
二酸化炭素の脱着は比較的短時間で完了し、その後、二酸化炭素の脱着を終えた吸着材充填槽には冷却気流供給手段から冷却用気流が供給される。その際、この吸着材充填槽から出る気流には蒸散したアミン化合物が含まれるが、この気流を他の吸着材充填槽に導入することにより、この気流に含まれるアミン化合物を他の吸着材充填槽中の二酸化炭素吸着材に捕集することが可能となる。これにより、特にアミン化合物の回収のための過程を設けることなく、蒸散したアミン化合物を他の二酸化炭素吸着材に回収することが可能となる。 
【００２９】
本発明の二酸化炭素の分離装置においては、前記アミン化合物として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン又はその混合物を使用することが好ましい。 
【００３０】
また、上記の二酸化炭素分離装置においては、加熱気流として、空気と水蒸気との混合気体を使用することができる。空気と水蒸気との混合気体を使用することにより、水蒸気が有する大きな熱量を凝縮させて二酸化炭素の脱着に利用することができるので、二酸化炭素を脱着するために供給する空気流量が低減し、その結果、空気流量に比例するアミン蒸散速度を抑制することができる。 
【００３１】
アミン蒸散速度が大きい場合、再担持の頻度が高くなるが、空気と水蒸気との混合気体を使用することにより、空気流を低減できるため、再担持回数を削減し、より安定な二酸化炭素分離装置となる。またさらに、空気流量の低減は、この気流により外部に放出される熱損失を小さくすることもできる。 
【００３２】
ここで、二酸化炭素吸着材とは、上記の多孔性物質にアミン化合物を担持させた二酸化炭素吸着材の他、アミノ基を有するポリマーやイオン交換樹脂を例示することができる。
【００３３】
このように、二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を脱着させる加熱気流として空気と水蒸気との混合気体を使用することにより、アミン蒸散速度を抑制するとともに、加熱気流が有する熱の多くを二酸化炭素の脱着に使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の二酸化炭素の分離方法及び装置によれば、二酸化炭素の吸着と脱着を交互に繰り返しても、多孔性物質の表面へのアミン化合物の再担持により、二酸化炭素吸着材の吸着能は低下せず、また二酸化炭素吸着材を交換することなく長時間に亘って維持することができる。【００３５】
また、アミン回収過程を設けることにより、蒸散するアミン化合物を捕捉回収することが可能となり、二酸化炭素吸着材の再担持に必要となるアミン化合物の消費量を低減することができる。【００３６】
更に、アミン化合物としてモノエタノールアミン、ジエタノールアミンまたはその混合物を用いることにより、比較的低温での回収が可能となり、蒸散するアミン化合物を熱的に劣化させることなく回収することができる。【００３７】
また、加熱気流として空気と水蒸気との混合気体を用いた構成では、二酸化炭素を脱着するために供給する空気流量が低減し、その結果、空気流量に比例するアミン蒸散速度を抑制することができる。また、加熱気流が有する熱の多くを二酸化炭素の脱着に使用することができ、熱損失を抑制することができる。【００３８】
加えて、処理対象の気体に含まれる二酸化硫黄による劣化等によって二酸化炭素吸着能が低下した場合にも、アミン化合物を再担持することによって、初期の二酸化炭素吸着能まで回復することができる。また、吸着材を用いる二酸化炭素分離装置では、固体の吸着材を交換することには、操業時間や経済性の課題があるが、本発明によれば、吸着材を入れ替えることなく、再担持することによって容易に性能を回復することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る二酸化炭素分離装置の概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る、２つの吸着材充填槽を有する二酸化炭素分離装置の概略構成図である。
【図３】図２の実施形態の装置において、水蒸気を加熱気流として用いた場合の二酸化炭素の脱着試験結果を示す図である。
【図４】二酸化炭素を脱着させるための加熱気流として水蒸気又は空気と水蒸気の混合気体を使用する場合の二酸化炭素分離装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
【００４１】
本発明において二酸化炭素吸着材に使用される多孔性物質としては、活性炭、活性アルミナなどを例示することができる。これらは、表面に多くの細孔を有し、アミン化合物の担持量が多く、また担持後の二酸化炭素の吸着にも適している。これらのうち、活性炭はかさ密度が小さいため、軽量の二酸化炭素吸着材に適している。また、アミン化合物が有する僅かなアンモニア臭を脱臭し得るという面でも好適である。二酸化炭素吸着材に適した活性炭は、平均細孔径２０〜１００Å、細孔容積１．０〜２．０ｃｃ／ｇ、比表面積１０００〜２０００ｍ２／ｇの性状のものが好ましい。
【００４２】
本発明において二酸化炭素吸着材に使用されるアミン化合物としては、ポリエチレンイミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、メチルジエタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジブチルアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサエチレンジアミン、ベンジルアミン、モルホリン等が挙げられる。このうち、比較的低温の加熱で二酸化炭素を脱着させることができるとともに、蒸散しても回収が容易であるという理由で、モノエタノールアミン及びジエタノールアミンが好適であり、これらの混合物も好適である。
【００４３】
本発明におけるアミン化合物の多孔性物質への担持は、例えばジエタノールアミンの場合、１０〜５５％の範囲に調整したジエタノールアミン水溶液に活性炭を投入し、濾過して乾燥させることにより得られ、通常、２０〜２００重量％のアミン担持量の二酸化炭素吸着材が得られる。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態に係る二酸化炭素分離装置の概略構成を表している。図１では、本実施形態の二酸化炭素分離装置を室内の空気中の二酸化炭素を分離するものとして説明する。本実施形態の二酸化炭素分離装置は、二酸化炭素吸着材２を充填した吸着材充填槽１を備え、吸着材充填槽１は入力ライン５を介して給気ライン１５に接続され、給気ライン１５にはバルブ３Ａ,４Ａが設けられている。また、吸着材充填槽１は出力ライン６を介して戻送ライン１６に接続され、戻送ライン１６にはバルブ３Ｂ,４Ｂが設けられている。吸着材充填槽１の下部にはアミン水溶液を供給するための供給ライン７が接続され、吸着材充填槽１の上部にはアミン水溶液を排出するための排出ライン８が接続されている。排出ライン８はバルブ１０を介してアミン回収装置１１に接続されている。このアミン回収装置１１には、前述の戻送ライン１６も接続されている。
【００４５】
アミン回収装置１１は冷却水又は冷却空気により冷却を行うコンデンサであり、アミン回収装置１１にはアミン回収後の気流を排気する排出空気ライン２５が接続されている。アミン回収装置１１の下部には、二酸化炭素吸着材２に担持させるためのアミン化合物の水溶液を貯留するアミン水溶液調合装置１４が設けられている。このアミン水溶液調合装置１４には、アミン水溶液中のアミン濃度、温度及び水位を検出するセンサ２２が設けられ、このアミン水溶液の濃度は、アミン原液タンク２０から供給されるアミン原液によって調節される。また、このアミン水溶液調合装置１４には前述の供給ライン７が接続され、供給ライン７にはバルブ９及び送液ポンプ１７が設けられている。また、送液ポンプ１７とバルブ９との間には循環ライン２３,２４が設けられており、循環ライン２３にはバルブ１８が設けられている。また、循環ライン２４にはアミン水溶液中のアミン濃度を調節するための希釈水を供給するバルブ１９が設けられている。
【００４６】
本実施形態の二酸化炭素分離装置は、以下のようにして使用される。まず、バルブ３Ａ,３Ｂを開け、バルブ４Ａ,４Ｂ、バルブ１０を閉じて、給気ライン１５及び入力ライン５を経由して処理対象である室内の空気を吸着材充填槽１に供給する。吸着材充填槽１内部の二酸化炭素吸着材２によって二酸化炭素の吸着が行われた空気は、出力ライン６及び戻送ライン１６を介して室内に戻される。
【００４７】
次に、二酸化炭素吸着材２から二酸化炭素を脱着させて再生を行う際は、バルブ４Ａ,４Ｂを開け、バルブ３Ａ,３Ｂ、バルブ１０を閉じて、バルブ４Ａ、給気ライン１５及び入力ライン５を経由して、加熱気流としての４０〜７０℃の加熱空気を二酸化炭素吸着材２に供給する。加熱空気によって二酸化炭素吸着材２の温度は上昇し、吸着されていた二酸化炭素が加熱空気と共に出力ライン６、バルブ４Ｂ、戻送ライン１６、アミン回収装置１１及び排出空気ライン２５を介して屋外に排気される。このとき、気流中に同伴する蒸散アミン化合物は、アミン回収装置１１を通過する際に冷却されて凝縮する。凝縮したアミン化合物はアミン水溶液調合装置１４に貯留されることになる。
【００４８】
二酸化炭素の脱着が終了した直後の二酸化炭素吸着材２の温度は、ほぼ脱着用の加熱気流と同じ４０〜７０℃となっているため、これを冷却するために二酸化炭素脱着用の加熱空気に代えて、冷却用の気流が二酸化炭素吸着材２に送られる。この冷却用の気流は、給気ライン１５及び入力ライン５を経由する室内の空気を用いて供給してもよく、この場合は、バルブ４Ａが閉じられるとともにバルブ３Ａが開けられることになる。二酸化炭素吸着材２を冷却した後の気流は、出力ライン６、バルブ４Ｂ、戻送ライン１６、アミン回収装置１１及び排出空気ライン２５を介して屋外に排気される。このとき、気流中に同伴する蒸散アミン化合物は、アミン回収装置１１を通過する際に冷却されて凝縮し、アミン水溶液調合装置１４に貯留されることになる。
【００４９】
二酸化炭素吸着材２の温度が下がった後、バルブ４Ａ，４Ｂ及びバルブ１０を閉じるとともに、バルブ３Ａ，３Ｂを開けることにより、室内の空気を二酸化炭素吸着材２に供給して、二酸化炭素の吸着を再び開始することになる。
【００５０】
蒸散したアミン化合物が回収されるアミン水溶液調合装置１４には、所定濃度、所定量の担持用のアミン水溶液が貯留されており、バルブ９,１９を閉じバルブ１８を開いた状態で送液ポンプ１７を定期的又は断続的に作動させることにより、アミン水溶液が撹拌される。
【００５１】
二酸化炭素吸着材２へのアミン化合物の再担持は、バルブ９及びバルブ１０を開け、バルブ３Ａ,３Ｂ、バルブ４Ａ,４Ｂ、バルブ１８を閉として、送液ポンプ１７を作動させることにより行われる。担持用のアミン水溶液は、ライン７を経由して吸着材充填槽１に供給され、これによりアミン水溶液が二酸化炭素吸着材２に含浸される。排出ライン８は、吸着材充填槽１の上部でしかも吸着材２の上面よりも更に高い位置に接続されているため、吸着材２は吸着材充填槽１に供給されたアミン水溶液に完全に浸漬されることになる。ライン８に流れ出したアミン水溶液は、アミン回収装置１１を経由してアミン水溶液調合装置１４に戻される。アミン水溶液がアミン回収装置１１を経由することにより、アミン回収装置１１内に残留する凝縮アミンが効率よくアミン水溶液調合装置１４内に回収される。このようにしてアミン水溶液による吸着材２の再担持を一定時間行った後、送液ポンプ１７を停止し、吸着材充填槽１内のアミン水溶液は、ライン７を介してアミン水溶液調合装置１４に戻される。その後、バルブ４Ａ,４Ｂを開け、バルブ３Ａ,３Ｂ、バルブ９,１０を閉じて、バルブ４Ａを介して加熱空気を吸着材充填槽１に供給して、二酸化炭素吸着材２を乾燥させることにより、二酸化炭素吸着材２へのアミン化合物の再担持が完了する。
【００５２】
図１に示す構成では、アミン水溶液調合装置１４におけるアミン水溶液の保有量は、吸着材充填槽１の容積よりやや多く設定される。たとえば、吸着材充填槽１の容量が１００Ｌの場合、アミン水溶液は約１２０Ｌ保有することが好ましい。アミン化合物の再担持のためにアミン水溶液を循環させる際にアミン水溶液調合装置１４内のアミン水溶液を枯渇させると、アミン水溶液の循環が滞るからである。ただし、一般的な気体の吸着装置のように複数の吸着材充填槽で構成される場合、吸着材充填槽ごとに順次再担持を行うことができるため、アミン水溶液の保有必要液量は、一つの吸着材充填槽に見合った保有量で足りる。例えば、上記１００Ｌの吸着材充填槽を４槽で構成する場合、各槽の容量は２５Ｌとなるため、アミン水溶液は約１２０Ｌの１／４の容量、即ち約３０Ｌで足りることとなる。
【００５３】
表１に、図１の二酸化炭素分離装置において使用される二酸化炭素吸着材の製造例を示す。二酸化炭素吸着材の製造に使用した多孔性物質は粒状の活性炭であり、また担持アミン化合物としてジエタノールアミンを用いた。二酸化炭素吸着材の製造では、活性炭をジエタノールアミンの４０％水溶液に２４時間浸漬してジエタノールアミンを含浸させた後、余剰のアミン水溶液を分離した後、乾燥させた。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表２は、表１の二酸化炭素吸着材について、図１の二酸化炭素分離装置を使用して、二酸化炭素濃度０．１％の室内空気からの二酸化炭素の吸着と脱着のサイクルを繰り返す試験を行った後の二酸化炭素吸収能及びアミン担持率を表している。この試験では、各サイクルにおいて二酸化炭素の吸着を３０分、脱着を３０分（合計１時間）行い、このサイクルを１７０回（１７０時間）繰り返した。表２から、図１の装置を使用すれば、二酸化炭素の吸着及び脱着の連続実施により、ジエタノールアミンの担持率は、１７０サイクル後では９０重量％まで低下しており、吸着性能は初期の約１／３（３５％）に減少していることが分かる。しかし、ジエタノールアミンの再担持によって製造時にほぼ近い性能に回復していることが分かる。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
ここで、空調オフィスで二酸化炭素分離装置を１週間で約５０時間稼働させ、休日にアミン化合物を再担持させる場合を例として考察すると、表２から１７０時間後の二酸化炭素吸着能は初期性能に対して３５％であるから、単純な比例計算では５０時間では初期の二酸化炭素吸着能の約８０％となる。この値は、実際の二酸化炭素分離装置の設計安全率としては妥当である。
【００５８】
本発明の二酸化炭素分離装置は、空調オフィス等の居住空間における比較的低濃度の二酸化炭素を含む空気のみならず、石炭火力発電所等からの燃焼排ガスのような高濃度の空気からの二酸化炭素分離にも使用することができる。表３及び表４は、図１、図２又は図４の二酸化炭素分離装置を用い、低濃度及び高濃度で二酸化炭素を含む処理気体を用いて行った二酸化炭素の分離性能試験例をそれぞれ示している。表３の「低濃度二酸化炭素吸着」の試験においては、潜水艦、オフィス等の居住空間の空気を想定して二酸化炭素濃度０．１〜２．０％の空気を使用し、表４の「高濃度二酸化炭素吸着」の試験においては、石炭火力発電所等の燃焼排ガスを想定して二酸化炭素濃度１０〜３０％の空気を使用した。これらの表から明らかなように、本発明は、室内空気中の低濃度二酸化炭素及び燃焼排ガス中の高濃度二酸化炭素を対象とした二酸化炭素分離方法及び装置のいずれに対しても効果を発揮する。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
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【００６１】
本発明の二酸化炭素分離装置では、アミン化合物を担持した二酸化炭素吸着材を使用しているため、石炭火力発電所等の燃焼排ガス中に含まれる二酸化硫黄がアミン化合物と反応し、二酸化炭素吸着能が低下することが考えられる。表５は、後述する図２の実施形態の装置を用い、石炭火力発電所等の燃焼排ガス中に含まれる二酸化硫黄の影響を調べた試験結果を示している。この試験では、表１の二酸化炭素吸着材を用いて約１０％の二酸化炭素を含む２０℃の空気を供給し、二酸化炭素の吸着量を測定した。これとは別に、表１の二酸化炭素吸着材を用いて約２０００ｐｐｍの二酸化硫黄を含む空気を吸着材に供給した後、更に上記と同じ方法で二酸化炭素の吸着試験を行った。表５に示すように、二酸化硫黄に暴露した吸着材は、暴露していない吸着材に比較して二酸化炭素の吸着性能が大きく低下した。一方、性能低下した同じ吸着材にジエタノールアミンを再担持した結果、二酸化硫黄を供給しない場合とほぼ同じ性能を示すことを確認した。なお、実際の燃焼ガスは、通常脱硫プロセスを経た後に排出されるため、二酸化硫黄の濃度は１００ｐｐｍ以下となっているが、本試験では加速試験として約２０００ｐｐｍという高濃度で二酸化硫黄を含む空気を使用した。
【００６２】
【表５】
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【００６３】
図２は、本発明の他の実施形態に係る二酸化炭素分離装置の概略構成を示している。図２では、本実施形態の二酸化炭素分離装置を室内の空気中の二酸化炭素を分離するものとして説明するが、本実施形態の装置は、より二酸化炭素濃度の高い石炭火力発電所等からの燃焼排ガスにも使用することができる。本実施形態の二酸化炭素分離装置は、２つの吸着材充填槽１Ａ,１Ｂを備え、各吸着材充填槽には、二酸化炭素吸着材２Ａ,２Ｂが充填されている。吸着材充填槽１Ａの入力ライン５Ａにはバルブ３３Ａが設けられ、入力ライン５Ａは更に給気ライン３５に接続されている。同様に、吸着材充填槽１Ｂの入力ライン５Ｂにはバルブ３３Ｂが設けられ、入力ライン５Ｂは更に給気ライン３５に接続されている。また、吸着材充填槽１Ａの出力ライン６Ａにはバルブ３４Ａが設けられ、出力ライン６Ａは更に戻送ライン３６に接続されている。同様に、吸着材充填槽１Ｂの出力ライン６Ｂにはバルブ３４Ｂが設けられ、出力ライン６Ｂは更に戻送ライン３６に接続されている。
【００６４】
吸着材充填槽１Ａ,１Ｂの下部には、蒸気ライン３７から分岐した蒸気ライン３７Ａ,３７Ｂがそれぞれ接続されており、蒸気ライン３７には、二酸化炭素吸着材２Ａ,２Ｂから二酸化炭素を脱着させるための加熱気流である水蒸気を供給する水蒸気発生器４１が接続されている。上述の蒸気ライン３７Ａ,３７Ｂには、それぞれバルブ３８Ａ,３８Ｂが設けられ、水蒸気発生器４１には、温度センサ４２が取り付けられている。
【００６５】
また、吸着材充填槽１Ａ,１Ｂの上部には、それぞれ排気ライン３９Ａ,３９Ｂが接続されており、各排気ライン３９Ａ,３９Ｂにはバルブ４０Ａ,４０Ｂが設けられている。これらの排気ライン３９Ａ,３９Ｂは一つの排気ライン３９に合流して吸引ポンプ４３を介して外気に通じている。
【００６６】
また、本実施形態では、出力ライン６Ａ,６Ｂから分岐ライン４４Ａ,４４Ｂがそれぞれ分岐しており、出力ライン６Ａから分岐した分岐ライン４４Ａは吸着材充填槽１Ｂの上部に接続され、出力ライン６Ｂから分岐した分岐ライン４４Ｂは吸着材充填槽１Ａの上部に接続されている。また、分岐ライン４４Ａ,４４Ｂには、それぞれバルブ４５Ａ,４５Ｂが設けられている。
【００６７】
更に、吸着材充填槽１Ａ,１Ｂの下部には、それぞれドレイン排出ライン４６Ａ,４６Ｂが接続され、これらのライン４６Ａ,４６Ｂにより吸着材充填槽１Ａ,１Ｂ内で水蒸気の凝集により発生したドレインが水蒸気発生器４１に戻される。ドレイン排出ライン４６Ａ,４６Ｂには、バルブ４７Ａ,４７Ｂがそれぞれ設けられている。
【００６８】
本実施形態の二酸化炭素分離装置は、以下のようにして使用される。まず、バルブ３３Ａ及びバルブ３４Ａを開け、その他のバルブを閉とし、給気ライン３５及び入力ライン５Ａを経由して室内空気を吸着材充填槽１Ａに供給する。吸着材充填槽１Ａ内の二酸化炭素吸着材２Ａによる二酸化炭素の吸着が行われた空気は、出力ライン６Ａ及び戻送ライン３６から室内に戻される。
【００６９】
次に、二酸化炭素吸着材２Ａから二酸化炭素を脱着させて再生を行う際は、バルブ３３Ａ、３４Ａ及び３８Ａを閉じて吸着材充填槽１Ａへの室内空気の供給を停止するとともに、バルブ４０Ａを開け、その他のバルブを閉じたままとする。次に、吸着材充填槽１Ａ内を吸引ポンプ４３を作動させて減圧した後、バル３８Ａを開けることにより、水蒸気発生器４１より蒸気ライン３７,３７Ａを経由して４０〜１００℃の飽和水蒸気を吸着材充填槽１Ａに供給する。本実施形態ではこの飽和水蒸気が二酸化炭素を脱着させるための加熱気流として使用されている。飽和水蒸気が二酸化炭素の脱着のために使用される場合、二酸化炭素吸着材２Ａへの飽和水蒸気の供給の開始により、まず、二酸化炭素吸着材２Ａの最下部に飽和水蒸気が凝集して温度が上昇し、これによりこの部分に吸着している二酸化炭素が脱着される。更に飽和水蒸気が継続して供給されると、飽和水蒸気は上記最下部の上の温度が低い部分に凝集し、この部分から二酸化炭素が脱着することになる。このように、二酸化炭素吸着材２Ａにおける飽和水蒸気が凝集する位置が順次上方に移動し、これに伴って二酸化炭素の脱着が行われることになる。脱着後の二酸化炭素は二酸化炭素吸着材２Ａ内を徐々に上方に移動し、排気ライン３９Ａに排出される。このような二酸化炭素の脱着が行われている間に排気ライン３９Ａに排出される気体の二酸化炭素の濃度は、ほぼ１００％である。最終的に、二酸化炭素吸着材２Ａの全体の温度が上昇すると、急激に二酸化炭素の排出量が低下してほぼ０％となる。排気ライン３９Ａに排出された二酸化炭素は、排気ライン３９を介して外気に放出される。
【００７０】
二酸化炭素の脱着により、二酸化炭素吸着材２Ａの再生が終了すると、バルブ３３Ａ、バルブ４５Ａ及びバルブ３４Ｂを開けるとともに、その他のバルブを閉じる。次に、給気ライン３５、入力ライン５Ａ及び分岐ライン４４Ａを経由して室内空気を吸着材充填槽１Ａから吸着材充填槽１Ｂに供給する。この場合に供給される室内空気は二酸化炭素吸着材２Ａの冷却用気流として使用されており、その際、この室内空気は吸着材充填槽１Ａから温度の高い水蒸気及び蒸散したアミン化合物とともに排出され、吸着材充填槽１Ｂに流入することになる。吸着材充填槽１Ｂでは、水蒸気とアミンは二酸化炭素吸着材２Ｂに捕捉され、空気は出力ライン６Ｂ及び戻送ライン３６を経由して室内に戻される。このように、本実施形態では吸着材充填槽１Ｂがアミン回収装置としても機能していることになる。また、本実施形態では吸着材充填槽１Ｂにおいてアミン化合物の回収と再担持が行われることになる。
【００７１】
吸着材充填槽１Ｂへの室内空気の供給により、吸着材充填槽１Ｂの内部が常温近傍まで冷却されると、再び吸着材充填槽１Ａによる二酸化炭素の分離が開始される。その際、上記に示したとおり、バルブ３３Ａ及びバルブ３４Ａを開け、その他のバルブを閉じた状態で室内空気が吸着材充填槽１Ａに供給される。
【００７２】
上記のように吸着材充填槽１Ａと吸着材充填槽１Ｂとは同一の機器構成であるので、上記の二酸化炭素の吸着、脱着、アミン化合物の回収の操作は吸着材充填槽１Ｂについても行うことができ、吸着材充填槽１Ａと吸着材充填槽１Ｂとを交互に稼働させることが可能である。
【００７３】
なお、二酸化炭素を脱着させるための加熱気流として水蒸気を用いる場合、吸着材充填槽１Ａ,１Ｂの下部にアミンを含む水蒸気のドレインが蓄積するが、このドレインは、定期的にバルブ４７Ａ及びバルブ４７Ｂを開いて水蒸気発生器４１に回収することができる。その際、ドレインとともにアミン化合物も水蒸気発生器４１に回収されるが、これは二酸化炭素吸着材の再生時に水蒸気とともに供給されて、二酸化炭素吸着材２Ａ又は２Ｂに再担持されることになる。
【００７４】
図３は、図２の実施形態の装置を用いた場合の二酸化炭素の脱着試験結果を示している。この試験では、吸着材充填槽１Ａ内の圧力を約1０ｋＰａ（絶対圧）まで減圧した後、約５０℃の飽和水蒸気を供給した。図３の上側には、図２の吸着材充填槽１Ａの出口温度及び吸着材充填槽１Ａの内圧を示し、図３の下側には、供給される水蒸気の温度及び吸着材充填槽１Ａの下部における温度を示している。図３の横軸は共通であり、経過時間を表している。図３から、吸着材充填槽１Ａの温度の上昇に伴い、吸着材充填槽１Ａの出口からほぼ１００％の濃度の二酸化炭素が回収されることが分かる。またこの結果から、低温の水蒸気を使用した場合にも二酸化炭素を脱着させて高濃度で回収できることが分かる。このことは、水蒸気の凝縮エネルギーは温度によらずほぼ一定であることから、４５〜５０℃の低温度でも再生が可能であることを示している。また、低温の水蒸気を使用することにより、アミン化合物の温度劣化を抑制することができるという利点もある。なお、さらに低温の蒸気を用いることは、アミン化合物の劣化を抑制するという観点からは好ましいが、二酸化炭素吸着材自体の温度より低い温度の水蒸気はもはや凝集を起こさないため、少なくとも二酸化炭素吸着材自体の温度以上であることが必要となる。また、低温の水蒸気を発生させるためには大きな動力の吸引ポンプが必要となるので、エネルギー消費の点から適切ではない。
【００７５】
図４は、二酸化炭素を脱着させるための加熱気流として空気と水蒸気の混合気体を使用する場合の二酸化炭素分離装置の概略構成を示しており、この装置は図１の装置に水蒸気発生器３１を付加した構成を有している。それ以外の構成は図１と同様であり、対応する構成要素には同じ符号が付されている。
【００７６】
図４の二酸化炭素分離装置を使用する場合、二酸化炭素吸着過程、アミン再担持過程及びアミン回収過程は図１の実施形態と同様に行われるが、アミン脱着過程が図１の場合とは異なっている。以下では、加熱気流として空気と水蒸気の混合気体を使用する場合のアミン脱着過程について説明する。
【００７７】
本実施形態のアミン脱着過程においては、加熱した空気の流れに水蒸気発生器３１からの蒸気が強制的に混合されて二酸化炭素吸着材２に供給される。この場合、加熱気流中の水蒸気は吸着材２の上流から徐々に下流に向けて凝縮し、その凝縮熱によって吸着材２の温度が上昇し、二酸化炭素は脱着して出口に放出されることになる。次に、ある程度二酸化炭素の放出が進んだ時点で、しかも吸着した二酸化炭素の全量が放出される前に、水蒸気発生器３１からの水蒸気の供給を停止し、加熱空気のみを吸着材に継続して供給する。これによって、吸着材入口付近に凝縮した水分が再蒸発して下流の吸着材２に残存する二酸化炭素を脱着させると同時に、二酸化炭素吸着材２の凝縮水分を蒸発させて除去することができ、これに伴って蒸発熱が奪われて、次段階の吸着操作に適した温度近くにまで二酸化炭素吸着材２が冷却されることになる。これにより、脱着過程と同時に冷却過程を行うことができる。なお、本実施形態の二酸化炭素分離装置では、二酸化炭素を脱着させるための加熱気流として空気と水蒸気の混合気体を使用しているので、吸着材充填槽１から回収される気体は、前述の図３のように１００％の二酸化炭素ではなく、加熱気流として使用した空気と水蒸気との混合比率に依存した濃度で二酸化炭素を含む気体となる。
【００７８】
表６は、図４の二酸化炭素分離装置において、二酸化炭素脱着用の加熱気流として空気と水蒸気の混合気体を使用した場合の効果を示している。加熱空気に対する水蒸気の混合比率は、加熱空気の相対湿度（左欄）として示し、何れの加熱気流も６８℃の一定温度とした。表６における「脱着に必要な空気量の理論値」は、二酸化炭素吸着材の温度を２５℃とした場合に、供給される加熱気流の有する熱量が全て二酸化炭素の脱着に使用されたと仮定した場合の脱着二酸化炭素量１ｋｇあたりの必要空気量であり、「加熱気流の風量の実測値」は、実際の装置において二酸化炭素の脱着に使用された脱着二酸化炭素量１ｋｇあたりの空気量である。「熱効率」は、上記理論値と実測値から、加熱気流の有する熱量のうち二酸化炭素の脱着に使用されたものの比率を表している。
【００７９】
表６から明らかなように、加熱空気と水蒸気の混合流体を加熱気流として用いた場合、加熱した空気のみを加熱気流として用いた場合と比べ、供給する加熱空気量を大幅に低減させることができる。このことから、図１の実施形態のように加熱空気のみで二酸化炭素の脱着を行う場合に比較し、脱着した二酸化炭素とともに外部に放出される温度の高い空気の風量を低減することができるため、脱着時の熱損失を小さくすることができ、また小さな送風動力で足りることが分かる。また、図２の実施形態のように水蒸気のみで脱着する場合に比べ、結露による熱損失が少なく、さらに常圧で再生を行うことができるので、二酸化炭素のための吸引ポンプ４３（図２）が不要となるなどの利点がある。また、空気と水蒸気の比率を調整することにより、二酸化炭素の脱着過程における温度の調整が容易になるという利点がある。
【００８０】
【表６】
0005571085.tif 000007
【００８１】
加熱気流として加熱空気と水蒸気の混合流体を用いて二酸化炭素を脱着させる上記構成は、図２の二酸化炭素分離装置にも適用することができ、この場合には、水蒸気発生器４１から発生する水蒸気と空気とを混合するためのバルブ等を設ける必要がある。
【００８２】
また、加熱気流として加熱空気と水蒸気の混合流体を用いる構成は、二酸化炭素吸着材として多孔性物質にアミン化合物を担持させたものに限らず、アミノ基を有するポリマーやイオン交換樹脂を二酸化炭素吸着材とする二酸化炭素の分離方法や装置にも適用することが可能であり、上記と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の二酸化炭素の分離方法及び装置によれば、比較的低濃度で存在する二酸化炭素の除去を長期に亘って安定して行うことができるので、事務所ビルや交通機関関連の産業において利用可能である。また、高濃度で二酸化炭素を含む排ガスからも二酸化炭素を除去することができるので、火力発電所等から排出される排気ガス処理の分野においても利用価値が高い。
【符号の説明】
【００８４】
１、１Ａ、１Ｂ  吸着材充填槽
２、２Ａ、２Ｂ  二酸化炭素吸着材
３Ａ、３Ｂ  バルブ
４Ａ、４Ｂ  バルブ
５、５Ａ、５Ｂ  入力ライン
６、６Ａ、６Ｂ  出力ライン
１１  アミン回収装置
１４  アミン水溶液調合装置
１５  給気ライン
１６  戻送ライン
１７  送液ポンプ
２０  アミン原液タンク
２２  センサ
２５  排出空気ライン
３１  水蒸気発生器
３５  給気ライン
３６  戻送ライン
３７Ａ、３７Ｂ  蒸気ライン
３８Ａ、３８Ｂ  バルブ
３９Ａ、３９Ｂ  排気ライン
４０Ａ、４０Ｂ  バルブ
４１  水蒸気発生器
４２  温度センサ
４３  吸引ポンプ
４４Ａ、４４Ｂ  分岐ライン
４５Ａ、４５Ｂ  バルブ
４６Ａ、４６Ｂ  ドレイン排出ライン
【図１】
0005571085.tif 000008
【図２】
0005571085.tif 000009
【図３】
0005571085.tif 000010
【図４】
0005571085.tif 000011