(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス導入口および処理ガス排出口を有する反応容器と、
この反応容器に収納されるリチウム化ジルコニアと、
前記反応容器内のリチウム化ジルコニアを冷却するための冷却手段と
を具備したことを特徴とする炭酸ガス分離装置。
【請求項２】
炭酸ガスとの反応により炭酸塩を生成するリチウム化ジルコニアが収納され、ガスの出入口を有する複数の反応容器を具備し、
前記各反応容器は、炭酸ガスの吸収と放出が交互になされ、かつ
前記各反応容器のうち、炭酸塩から炭酸ガスを回収する反応容器は熱を供給する手段を有することを特徴とする炭酸ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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における排気ガス中から炭酸ガスを分離する炭酸ガス分離装置に関し、特に５００℃を越える高温の排気ガスを利用できる炭酸ガス分離装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸ガス分離方法としては、酢酸セルロース膜による方法、アルカノールアミン系溶媒による化学吸収プロセスによる方法等が知られている。しかしながら、いずれの方法も導入ガス温度の上限が２００℃程度に限られる。このため、高温の排気ガスから炭酸ガスを分離する場合、排気ガスが持つ熱を利用できるにもかかわらず、熱交換等による冷却を必要とし、結果的に炭酸ガス分離のために消費するエネルギーが大きくなるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比較的温度の高い炭酸ガス含有ガスの処理が可能で、かつ炭酸ガス分離のために消費するエネルギーを低減して、高効率、低コストでエネルギープラント等の排気ガス中の炭酸ガスを吸収・濃縮することが可能な炭酸ガス分離装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる炭酸ガス分離装置は、炭酸ガス導入口および処理ガス排出口を有する反応容器と、
この反応容器に収納されるリチウム化ジルコニアと、
前記反応容器内のリチウム化ジルコニアを冷却するための冷却手段と
を具備したことを特徴とするものである。
【０００５】
本発明に係わる別の炭酸ガス分離装置は、炭酸ガスとの反応により炭酸塩を生成するリチウム化ジルコニアが収納され、ガスの出入口を有する複数の反応容器を具備し、
前記各反応容器は、炭酸ガスの吸収と放出が交互になされ、かつ
前記各反応容器のうち、炭酸塩から炭酸ガスを回収する反応容器は熱を供給する手段を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる炭酸ガス分離装置を図１を参照して詳細に説明する。
反応容器である第１、第２の吸収筒１1 、１2 は、内管２1 、２2 と外管３1 、３2 とからなる二重管構造になっている。例えば薄片状をなすリチウム化ジルコニア（炭酸ガス吸収・放出材）４1 、４2 は、前記第１、第２の吸収筒１1 、１2 の内管２1 、２2 内にそれぞれ充填されている。炭酸ガス含有ガス供給管５から分岐された炭酸ガス導入口となる第１、第２の炭酸ガス含有ガス供給分岐管６1 、６2 は、前記第１、第２の吸収筒１1 、１2 の内管２1 、２2 の上部にそれぞれ連結されている。第１、第２のバルブ７1 、７2 は、前記第１、第２のガス供給分岐管６1 、６2 にそれぞれ介装されている。
【０００８】
炭酸ガス回収用ガス供給管８から分岐された第１、第２のガス供給分岐管９１  、９２  は、前記各吸収筒１１  、１２  の内管２１  、２２  の上部にそれぞれ連結されている。第３、第４のバルブ７３  、７４  は、前記第２のガス供給分岐管９１  、９２  にそれぞれ介装されている。
【０００９】
処理ガス排出口となる第１、第２のガス排出分岐管１０1 、１０2 は、前記吸収筒１1 、１2 の内管２1 、２2 の下部にそれぞれ連結され、かつこれらの分岐管１０1 、１０2 の他端は処理ガス排出管１１に連結されている。第５バルブ７5 は、前記排出管１１に介装されている。第１、第２の回収ガス排出分岐管１２1 、１２2 は、前記吸収筒１1 、１2 の内管２1 、２2 の下部にそれぞれ連結され、かつこれらの分岐管１２1 、１２2 の他端は回収ガス排出管１３に連結されている。第６バルブ７6 は、前記回収ガス排出管１３に介装されている。
【００１０】
燃料ガスを燃焼する燃焼器１４は、前記第１吸収筒１１  に隣接して配置されている。一端が前記燃焼器１４に連結された燃焼ガス供給管１５から分岐された第１、第２の燃焼ガス供給分岐管１６１  、１６２  は、前記吸収筒１１  、１２  の外管３１  、３２  の下部側面にそれぞれ連結されている。第７、第８のバルブ７７  、７８  は、前記第１、第２の燃焼ガス供給分岐管１６１  、１６２  にそれぞれ介装されている。第１、第２の排気管１７１  、１７２  は、前記内管２１  、２２  と前記外管３１  、３２  で形成される環状空間と連通するように前記第１、第２の吸収筒１１  、１２  の上部にそれぞれ連結されている。前記燃焼器１４に燃料ガスを導入すると、ここで燃焼された燃焼ガスは、前記燃焼ガス供給管１５および前記第１、第２の供給分岐管１６１  、１６２  を通して前記吸収筒１１  、１２  の前記環状空間にそれぞれ供給され、これら空間を流通して前記第１、第２の排気管１７１  、１７２  から排気される。前記燃焼ガスが前記空間を流通する間に前記内管２１  、２２  内に充填された炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  が加熱される。前記吸収筒１１  、１２  の内管２１  、２２  に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアの充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に設定している。前記ガスの時間当たりの流通モル数が５０倍を越えると、前記吸収筒１１  、１２  の容積利用効率の観点から炭酸ガス吸収を効率よく行うことが困難になる。一方、前記ガスの時間当たりの流通モル数を４倍未満にすると、吸収反応に伴う発熱量が大きくなりすぎ、通過ガスの温度上昇のため吸収反応自体が阻害される恐れがある。吸収筒容積の利用効率と速やかな吸収反応の進行という両者の観点から前記ガスの時間当たりの流通モル数は、８倍以上、３０倍未満にすることが好ましい。
【００１１】
前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアは、平均粒径０．４〜１．０μのＬｉ２  ＺｒＯ３  粒子もしくはＬｉ４  ＺｒＯ４  粒子の形態、またはこれらの粒子を有機バインダーと混合した後、脱脂することにより得られた多孔質体の形態で前記第１、第２の内管２１  、２２  内に充填される。
【００１２】
前記燃焼器１４としては、６５０℃以上、好ましくは６５０〜８００℃の温度で下記（２）式に基づく吸熱を補填できる燃焼ガスを生成する構造であることが好ましい。
【００１３】
次に、本発明に係わる炭酸ガス分離装置の動作を説明する。
前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアは、下記  （１）式によって炭酸ガスを吸収し、（２）式によって炭酸ガスを放出する。
【００１４】
Ｌｉ２  ＺｒＯ３  ＋ＣＯ２  →ＺｒＯ２  ＋Ｌｉ２  ＣＯ３  ＋発熱…（１）
ＺｒＯ２  ＋Ｌｉ２  ＣＯ３  →Ｌｉ２  ＺｒＯ３  ＋ＣＯ２  ＋吸熱…（２）
ここで、（１）式の反応は５５０℃以下の温度で特に起こり易く、（２）式の反応は６５０℃以上の温度で特に起こり易い。
【００１５】
前記炭酸ガス吸収・放出材４１  ，４２  が収納された前記２つの吸収筒１１  ，１２  の内管２１  、２２  において、次の手順で前記（１）式、（２）式の反応を交互に行わせて炭酸ガスの吸収・回収を連続して実施する。
【００１６】
(1-1) 第１吸収筒１1 での炭酸ガス吸収操作
まず、第１吸収筒１1 の内管２1 に連結された第１の分岐管６1 に介装された第１バルブ７1 および処理ガス排出管１１に介装された第５バルブ７5 をそれぞれ開き、これ以外のバルブ７2 、７3 、７4 、７6 、７7 、７8 を閉じる。炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを前記第１の分岐管６1 を通して前記第１吸収筒１1 の内管２1 に供給する。この時、前記吸収筒１1 の内管２1 に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、前述したように前記炭酸ガス吸収・放出材４1 であるリチウム化ジルコニアの充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に設定しているため、前記ガス中の炭酸ガスは炭酸ガス吸収・放出材４1 と前記（１）式にしたがって速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度が低減されたガスは、前記第１のガス分岐管１０1 および処理ガス排出管１１を通して排出される。
【００１７】
(1-2) 第２吸収筒１2 での炭酸ガス吸収操作
まず、第２吸収筒１2 の内管２2 に連結された第２の分岐管６2 に介装された第２バルブ７2 および処理ガス排出管１１に介装された第５バルブ７5 をそれぞれ開き、これ以外のバルブ７1 、７3 、７4 、７6 、７7 、７8 を閉じる。炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを前記第２の分岐管６2 を通して前記第２吸収筒１2 の内管２2 に供給する。この時、前記吸収筒１2 の内管２2 に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、前述したように前記炭酸ガス吸収・放出材４2 であるリチウム化ジルコニアの充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に設定しているため、前記ガス中の炭酸ガスは炭酸ガス吸収・放出材４2 と前記（１）式にしたがって速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度が低減されたガスは、前記第２のガス分岐管１０2 および処理ガス排出管１１を通して排出される。
【００１８】
（１−３）  第１吸収筒１１  からの炭酸ガス回収操作
前記（１−２）  で説明した第２吸収筒１２  での炭酸ガス吸収操作を行っている間に、前記第１吸収筒１１  の内管２１  に連結された第１の分岐管９１  に介装された第３バルブ７３  、回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７６  および第１燃焼ガス供給分岐管１６１  に介装された第７バルブ７７  をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガスを燃焼ガス供給管１５および第１燃焼ガス供給分岐管１６１  を通して前記内管２１  と外管３１  で形成される環状空間に燃焼ガスを流通することにより前記第１吸収筒１１  の内管２１  内に充填した第１炭酸ガス吸収・放出材４１  を６５０℃以上に加熱する。この加熱と共に、回収用ガス供給管８から所望の炭酸ガス回収用ガスを前記第１の分岐管９１  を通して前記第１吸収筒１１  の内管２１  に供給する。この時、前記炭酸ガス吸収・放出材４１  に既に吸収された炭酸ガスは前記（２）式にしたがって吸熱を伴いながら放出されるが、前記炭酸ガス吸収・放出材４１  は６５０℃以上に加熱されているため、炭酸ガスは前記（２）式にしたがって速やかに放出される。高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第１回収ガス排出分岐管１２１  および回収ガス排出管１３を通して回収される。
【００１９】
(1-4) 第２吸収筒１2 からの炭酸ガス回収操作
前記(1-1) で説明した第１吸収筒１1 での炭酸ガス吸収操作を行っている間に、前記第２吸収筒１2 に連結された第２の分岐管９2 に介装された第４バルブ７4 、回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７6 および第２燃焼ガス供給分岐管１６2 に介装された第８バルブ７8 をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガスを燃焼ガス供給管１５および第２燃焼ガス供給分岐管１６2 を通して前記内管２2 と外管３2 で形成される環状空間に燃焼ガスを流通することにより前記第２吸収筒１2 の内管２2 内に充填した第２炭酸ガス吸収・放出材４2 を６５０℃以上に加熱すると共に、回収用ガス供給管８から所望の炭酸ガス回収用ガスを前記第２の分岐管９2 を通して前記第２吸収筒１2 の内管２2 に供給する。この時、前記炭酸ガス吸収・放出材４2 に既に吸収された炭酸ガスは前述した(1-3) の操作と同様に前記炭酸ガス吸収・放出材４2 が６５０℃以上の温度に加熱されているため、前記（２）式にしたがって速やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第２回収ガス排出分岐管１２2 および前記回収ガス排出管１３を通して回収される。
【００２０】
このような前記（１−１）  および前記（１−４）  の操作と、前記（１−２）  および前記（１−３）  の操作を繰り返すことによって連続的な炭酸ガスの分離を実現することができる。
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、前記吸収筒１１  、１２  の内管２１  、２２  に流通するガスの時間当たりの流通モル数を前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアの充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に設定することによって、前記吸収筒に冷却手段を付設することなく、炭酸ガスの吸収反応を進めることができる。その結果、構造が簡素化された低コストで、連続的な炭酸ガスの分離が可能な炭酸ガス分離装置を提供できる。
【００２２】
また、本発明によればリチウム化ジルコニアからなる炭酸ガス吸収・放出材が充填された複数の反応容器（例えば第１、第２の吸収筒１１  、１２  ）を加熱する加熱手段を設けた構造を有する。例えば、第１、第２の吸収筒１１  、１２  を内管２１  、２２  と外管３１  、３２  とからなる二重管構造にし、かつ燃焼器１４を配設し、前記燃焼器１４から燃焼ガスを前記内管２１  、２２  と外管３１  、３２  との間に導入して前記（１−３）  、（１−４）  の操作で第１、第２の吸収筒１１  、１２  の内管２１  、２２  に充填され、既に炭酸ガスが吸収された炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  を６５０℃以上に加熱することによって、炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  からの炭酸ガスの放出を速やかに行うことができる。その結果、炭酸ガス分離に係わる運転コストの低減化が可能な炭酸ガス分離装置を提供できる。
【００２３】
なお、本発明に係わる炭酸ガス分離装置は前述した図１に示すように二重管構造の吸収筒を用い、かつ燃焼器を付設して、ここから燃焼ガスを二重管構造の吸収筒に流通させる構造に限定されない。例えば、単一の吸収筒の周囲に円筒状または線状のヒータを配設して吸収筒の内部に充填した炭酸ガス吸収・放出材を加熱する構造にしてもよい。
【００２４】
次に、本発明に係わる別の炭酸ガス分離装置を図２を参照して詳細に説明する。なお、前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
図２に示す炭酸ガス分離装置は、冷却用熱交換器１８が付設されている。一端が前記冷却用熱交換器１８に連結された冷却用燃焼ガス供給管１９から分岐された第１、第２の供給分岐管２０１  、２０２  は、前記吸収筒１１  、１２  の外管３１  、３２  の底部にそれぞれ連結されている。第９、第１０のバルブ７９  、７１０は、前記第１、第２の供給分岐管２０１  、２０２  にそれぞれ介装されている。前記冷却用熱交換器１８に燃料ガスを導入すると、ここで燃焼された冷却用ガスは、前記供給管１９および前記第１、第２の供給分岐管２０１  、２０２  を通して前記吸収筒１１  、１２  の前記環状空間にそれぞれ供給され、これら空間を流通して前記第１、第２の排気管１７１  、１７２  から排気される。これらの排気は、戻し配管２１を通して再度前記熱交換器１８に戻される。前記冷却用ガスが前記空間を流通する間に前記内管２１  、２２  内に充填された炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  が例えば６００℃以下に冷却される。
【００２５】
前記冷却用熱交換器１８は、６００℃以下、好ましくは５００〜６００℃の間で前記（１）式に基づいて発生した熱を放出（除去）し得るガス、例えば３００〜４００℃程度の燃焼ガスを生成できることが好ましい。熱交換の対象となる流体としては、例えば蒸気タービンに供給されるべき蒸気を挙げることができる。
【００２６】
次に、本発明に係わる別の炭酸ガス分離装置の動作を説明する。
前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアは、前述したように（１）式によって炭酸ガスを吸収し、（２）式によって炭酸ガスを放出し、（１）式の反応は５５０℃以下の温度で特に起こり易く、（２）式の反応は６５０℃以上の温度で特に起こり易い。このような炭酸ガスの吸収・放出材４１  ，４２  が充填された前記２つの吸収筒１１  ，１２  において、次の手順で前記（１）式、（２）式の反応を交互に行わせて炭酸ガスの吸収・回収を連続して実施する。
【００２７】
（２−１）  第１吸収筒１１  での炭酸ガス吸収操作
まず、第１吸収筒１１  の内管２１  に連結された第１の分岐管６１  に介装された第１バルブ７１  、処理ガス排出管１１に介装された第５バルブ７５  および第１の供給分岐管２０１  に介装された第９バルブ７９  をそれぞれ開き、これ以外のバルブ７２  、７３  、７４  、７６  、７７  、７８  、７１０を閉じる。この後、冷却用熱交換器１８から３００〜４００℃の冷却用ガスを冷却用ガス供給管１９および第１のガス供給分岐管２０１  を通して前記第１吸収筒１１  の内管２１  と外管３１  で形成される環状空間に冷却ガスを流通することにより前記第１吸収筒１１  の内管２１  内に充填した第１炭酸ガス吸収・放出材４１  を６００℃以下に冷却する。この冷却操作と共に、炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを前記第１の分岐管６１  を通して前記第１吸収筒１１  の内管２１  に供給する。この時、前記ガス中の炭酸ガスは炭酸ガス吸収・放出材４１  と前記（１）式にしたがって発熱を伴いながら吸収されるが、前記吸収・放出材４１  が冷却されているため、前記炭酸ガスは前記吸収・放出材４１  に速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度が低減されたガスは、前記第１のガス分岐管１０１  および処理ガス排出管１１を通して排出される。
【００２８】
（２−２）  第２吸収筒１２  での炭酸ガス吸収操作
まず、第２吸収筒１２  の内管２２  に連結された第２の分岐管６２  に介装された第２バルブ７２  、処理ガス排出管１１に介装された第５バルブ７５  および第２の供給分岐管２０２  に介装された第１０バルブ７１０をそれぞれ開き、これ以外のバルブ７１  、７３  、７４  、７６  、７７  、７８  、７９  を閉じる。この後、冷却燃焼器１８から３００〜４００℃の冷却用ガスを冷却用ガス供給管１９および第２のガス供給分岐管２０２  を通して前記内管２２  と外管３２  で形成される環状空間に冷却ガスを流通することにより前記第２吸収筒１２  の内管２２  内に充填した第２炭酸ガス吸収・放出材４２  を６００℃以下に冷却する。この冷却操作と共に、炭酸ガス含有ガス供給管５から炭酸ガス含有ガスを前記第２の分岐管６２  を通して前記第２吸収筒１２  の内管２２  に供給する。この時、前記炭酸ガス吸収・放出材４２  は冷却されているため、前記ガス中の炭酸ガスは前記（２−１）  で説明したように炭酸ガス吸収・放出材４２  に前記（１）式にしたがって速やかに吸収・保持される。炭酸ガス濃度が低減されたガスは、前記第２のガス分岐管１０２  および処理ガス排出管１１を通して排出される。
【００２９】
（２−３）  第１吸収筒１１  からの炭酸ガス回収操作
前記（２−２）  で説明した第２吸収筒１２  での炭酸ガス吸収操作を行っている間に、前記第１吸収筒１１  の内管２１  に連結された第１の分岐管９１  に介装された第３バルブ７３  、回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７６  および第１燃焼ガス供給分岐管１６１  に介装された第７バルブ７７  をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガスを燃焼ガス供給管１５および第１燃焼ガス供給分岐管１６１  を通して前記第１吸収筒１１  の内管２１  と外管３１  で形成される環状空間に燃焼ガスを流通することにより前記第１吸収筒１１  の内管２１  内に充填した第１炭酸ガス吸収・放出材４１  を６５０℃以上に加熱する。この加熱操作と共に、回収用ガス供給管８から所望の回収用ガス炭酸ガスを前記第１の分岐管９１  を通して前記第１吸収筒１１  の内管２１  に供給する。この時、前記炭酸ガス吸収・放出材４１  に既に吸収された炭酸ガスは前記（２）式にしたがって速やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第１回収ガス排出分岐管１２１  および前記回収ガス排出管１３を通して回収される。
【００３０】
（２−４）  第２吸収筒１２  からの炭酸ガス回収操作
前記（２−１）  で説明した第１吸収筒１１  での炭酸ガス吸収操作を行っている間に、前記第２吸収筒１２  に連結された第２の分岐管９２  に介装された第４バルブ７４  、回収ガス排出管１３に介装された第６バルブ７６  および第２燃焼ガス供給分岐管１６２  に介装された第８バルブ７８  をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガスを燃焼ガス供給管１５および第２燃焼ガス供給分岐管１６２  を通して前記第２吸収筒１２  の内管２２  と外管３２  で形成される環状空間に燃焼ガスを流通することにより前記第２吸収筒１２  の内管２２  内に充填した第２炭酸ガス吸収・放出材４２  を６５０℃以上に加熱する。この加熱操作と共に、回収用ガス供給管８から所望の回収用ガス炭酸ガスを前記第２の分岐管９２  を通して前記第２吸収筒１２  の内管２２  に供給する。この時、前記炭酸ガス吸収・放出材４２  に既に吸収された炭酸ガスは前述した（１−３）  の操作と同様に前記炭酸ガス吸収・放出材４２  が６５０℃以上の温度に加熱されているため、前記（２）式にしたがって速やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第２回収ガス排出分岐管１２２  および前記回収ガス排出管１３を通して回収される。
【００３１】
このような前記（２−１）  および前記（２−４）  の操作と、前記（２−２）  および前記（２−３）  の操作を繰り返すことによって連続的な炭酸ガスの分離を実現することができる。
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、リチウム化ジルコニアからなる炭酸ガス吸収・放出材が充填された複数の反応容器に冷却手段を設けた構造を有する。例えば第１、第２の吸収筒１１  、１２  を内管２１  、２２  と外管３１  、３２  とからなる二重管構造にし、かつ冷却用熱交換器１８を配設し、前記冷却用熱交換器１８から冷却用燃焼ガスを前記内管２１  、２２  と外管３１  、３２  との間に導入して前記（２−１）  、（２−２）  の操作で第１、第２の吸収筒１１  、１２  内の炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  を冷却することによって、前述した炭酸ガス分離装置のように前記炭酸ガス吸収・放出材の時間当たり流通する炭酸ガスを含むガスに対するのモル比を規定することなく、つまり前記第１吸収筒１１  内に充填される炭酸ガス吸収・放出材の量が規制されることなく、炭酸ガスが吸収される前記（１）式の反応を速やかに行うことができる。その結果、炭酸ガス分離に係わる運転コストの低減化が可能な炭酸ガス分離装置を提供できる。
【００３３】
また、本発明によれば吸収筒の二重管の環状空間を流通させて内管内に充填した炭酸ガス吸収・放出材を冷却した後の排出ガスは熱エネルギーを受取るため、この排出ガスを再利用することができる。
【００３４】
なお、本発明に係わる別の炭酸ガス分離装置は前述した図２に示すように二重管構造の吸収筒を用い、かつ燃焼器および冷却用熱交換器をそれぞれ付設して、燃焼器から燃焼ガスを二重管構造の吸収筒に流通させたり、前記冷却用熱交換器から冷却用ガスを二重管構造の吸収筒に流通させたりする構造に限定されない。例えば、単一の吸収筒の周囲に加熱用線状ヒータおよび冷却用蒸気配管を直接交互に巻回するか、または温度が異なる燃焼ガスが流通する加熱用配管および冷却用配管を交互に巻回するか、いずれかにより吸収筒の内部に充填した炭酸ガス吸収・放出材を加熱もしくは冷却できる構造にしてもよい。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１〜３、比較例１，２）
まず、平均粒径０．５μｍのＬｉ２  ＺｒＯ３  を主成分とする粉末をメチルエチルケトン、ポリビニルブチラール、フタル酸ジブチルと共に２０時間湿式混合してスラリーを調合し、フィルム上に展開することによって厚さ１ｍｍ程度のシートを作製した。つづいて、このシートを電気炉において大気中、６００℃で加熱脱脂することにより気孔率５０％のリチウム化ジルコニアを含む多孔質体とした。この多孔質体を平均面積１００ｍｍ２  に粉砕して炭酸ガス吸収・放出材を調製し、この炭酸ガス吸収・放出材を内径３００ｍｍ、外径４００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの二重管構造のニッケル系吸収筒の内管内に１５３ｋｇ充填した。
【００３６】
前記吸収筒を前述した図１の炭酸ガス分離装置の第１吸収筒として組み込み、前述した（１−１）  の操作にしたがって炭酸ガスの吸収を行った。この時、炭酸ガス含有ガスとしては、５００℃の温度で、水素、炭酸ガス、水蒸気がそれぞれ体積比が１／３：１／３：１／３の混合ガスを用い、これら混合ガスを下記表１に示す流量で前記第１吸収筒の内管に３時間流通させた。
【００３７】
このような炭酸ガス吸収操作において、吸収筒出口のガス温度を測定した。また、リチウム化ジルコニウムの重量増加を測定し、式（１）に基づく理論値に対する吸収材としての反応率（利用率）を求めた。さらに炭酸ガス捕集率を測定した。これらの結果を下記表１の併記する。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
前記表１から明らかなように、冷却手段を備えない炭酸ガス分離装置において吸収筒の内管に流通するガスの時間当たりの流通モル数は、前記炭酸ガス吸収・放出材４１  、４２  であるリチウム化ジルコニアの充填モル数に対して４倍以上、５０倍以下に設定した実施例１〜３では、前記範囲から外れる時間当たりの流量モル量で炭酸ガスを含有するガスを吸収筒に流通させた比較例１、２に比べてリチウム化ジルコニアの利用率が高く、かつ効率よく炭酸ガスの吸収がなされることがわかる。
【００４０】
（実施例４、５）
前記実施例１〜３で調製した炭酸ガス吸収・放出材１５３ｋｇを内径３００ｍｍ、外径４００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの二重管構造のニッケル系吸収筒の内管内に充填した。
【００４１】
前記吸収筒を前述した図２の炭酸ガス分離装置の第１吸収筒として組み込み、前述した（２−１）  の操作にしたがって炭酸ガスの吸収装置を行った。この時、炭酸ガス含有ガスとしては、温度が５００℃で、水素、炭酸ガス、水蒸気がそれぞれ体積比が１／３：１／３：１／３の混合ガスを用い、これら混合ガスを下記表２に示す流量（標準状態換算）で前記吸収筒の内管に３時間流通させるた。また、温度４５０℃の冷却用燃焼ガスを吸収筒の内管と外管の環状空間に流通させて吸収筒出口の温度が下記表２に示すようになるように内管内の炭酸ガス吸収・放出材を冷却した。
【００４２】
このような炭酸ガス吸収操作において、吸収筒出口のガス温度を測定した。また、リチウム化ジルコニウムの重量増加を測定し、式（１）に基づく理論値に対する吸収材としての反応率（利用率）を求めた。さらに炭酸ガス捕集率を測定した。これらの結果を下記表２の併記する。なお、表２には前述した比較例１の結果を併記する。
【００４３】
【表２】
0003544818.tif 000003
【００４４】
前記表２から明らかなように冷却手段を備えた実施例４、５は、ガス流量によらず吸収筒出口のガス温度を前記（１）式の炭酸ガス吸収反応が進行し易い温度域に制御できるため、優れた炭酸ガス吸収能力を有することがわかる。
【００４５】
（実施例６、７）
前記実施例１〜３で調製した炭酸ガス吸収・放出材１５３ｋｇを内径３００ｍｍ、外径４００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの二重管構造のニッケル系吸収筒の内管内に充填した。
【００４６】
前記吸収筒を前述した図２の炭酸ガス分離装置の第１吸収筒として組み込み、前述した（２−１）  の操作にしたがって炭酸ガスの吸収を行った。なお、炭酸ガス含有ガスとしては、温度が５００℃で、空気７０体積％および炭酸ガス３０体積％の混合ガスを用い、これら混合ガスを毎時１．９７×１０５  リットル（標準状態換算）の流量で前記第１吸収筒の内管に３時間流通させると共に、温度４５０℃の冷却用燃焼ガスを内管と外管の環状空間に流通させて吸収筒出口の温度が５４０℃に保持されるように前記内管内の炭酸ガス吸収・放出材を冷却した。
【００４７】
次いで、前述した（２−３）  の操作にしたがって炭酸ガスの回収を行った。この時、下記表３に示す流量および温度の窒素ガスを吸収筒の内管に流通させると共に、温度７５０℃の燃焼ガスを吸収筒の内管と外管の環状空間に流通させて吸収筒出口の温度が下記表３に示すようになるように前記内管内の炭酸ガス吸収・放出材を加熱した。
【００４８】
このような炭酸ガス回収操作を１時間続行した後に吸収筒出口における炭酸ガス濃度を測定した。その結果を下記表３に併記する。
（比較例３、４）
前記実施例１〜３で調製した炭酸ガス吸収・放出材１５３ｋｇを内径３００ｍｍ、外径４００ｍｍ、長さ２５００ｍｍの二重管構造のニッケル系吸収筒の内管内に充填した。
【００４９】
前記吸収筒を前述した図２の炭酸ガス分離装置の第１吸収筒として組み込み、前記実施例６、７と同様な条件で前述した（２−１）  の操作にしたがって炭酸ガスの吸収を行った。
【００５０】
次いで、吸収筒の内管内の炭酸ガス吸収・放出材を加熱することなく、下記表３に示す流量および温度の窒素ガスを吸収筒の内管に流通させて炭酸ガスの回収を行った。
【００５１】
このような炭酸ガス回収操作において、吸収筒出口のガス温度を測定した。また、炭酸ガス回収操作を１時間続行した後に吸収筒出口における炭酸ガス濃度を測定した。これらの結果を下記表３に併記する。
【００５２】
【表３】
0003544818.tif 000004
【００５３】
前記表３から明らかなように加熱手段を用いて吸収筒の内管内の炭酸ガス吸収・放出材を加熱する実施例６、７は、炭酸ガスを回収する窒素ガスの流量に関係せずに吸収筒出口のガス温度を前記（２）式の炭酸ガス放出反応が進行し易い温度域に制御できるため、吸収筒の内管内の炭酸ガス吸収・放出材を加熱しない比較例３、４と比べて、優れた炭酸ガス回収能力を有することがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば比較的温度の高い炭酸ガス含有ガスの処理が可能で、かつ炭酸ガス分離のために消費するエネルギーを低減して、高効率、低コストでエネルギープラント等の排気ガス中の炭酸ガスを吸収・濃縮することが可能な炭酸ガス分離装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる炭酸ガス分離装置を示す概略図。
【図２】本発明に係わる別の炭酸ガス分離装置を示す概略図。
【符号の説明】
１１  、１２  …吸収筒、
４１  、４２  …リチウム化ジルコニア（炭酸ガス吸収・放出材）、
７１  〜７１０…バルブ、
１４…燃焼器、
１８…冷却用熱交換器。
【図１】
0003544818.tif 000005
【図２】
0003544818.tif 000006