(57)【要約】【課題】炭酸ガスの吸収および吸収能力の低下後の再生を長期間に亘って繰り返しても、高い炭酸ガス吸収性能を示す炭酸ガス吸収材を提供する。【解決手段】リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする炭酸ガス吸収材。【選択図】図１
2006263612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする炭酸ガス吸収材。
【請求項２】
前記粒状の多孔質体は、直径３〜１０ｍｍ、長さ３〜１０ｍｍの円筒状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。
【請求項３】
前記粒状の多孔質体は、直径３〜１０ｍｍの球状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。
【請求項４】
リチウムシリケートを主成分とし、厚さが３ｍｍ以下の角形平板状の多孔質体であることを特徴とする炭酸ガス吸収材。
【請求項５】
リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下である炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを含む被処理ガスを接触させて炭酸ガスを吸収する工程と、
炭酸ガスを吸収した後の前記炭酸ガス吸収材を加熱して吸収した炭酸ガスを放出し、前記炭酸ガス吸収材を再生する工程と
を含むことを特徴とする炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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や化学プラント、自動車などから発生するガス（被処理ガス）中の炭酸ガスを分離回収、または燃料供給部における炭酸ガスの分離回収に利用される炭酸ガス吸収材および炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発動機等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である排気ガス放出部分の温度が３００℃以上の高温になることが多い。炭酸ガスの分離方法としては、従来、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法等が知られている。しかしながら、これらの分離方法はいずれも導入ガス温度を２００℃以下に抑える必要がある。したがって、高温度でのリサイクルが要求される排気ガス中の炭酸ガスを分離するには、排気ガスを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の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。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、５００℃を超える温度域の炭酸ガスを含む高温ガスから冷却工程を経ずにその中の炭酸ガスと反応するリチウム複合酸化物を用いた炭酸ガス分離方法が開示されている。これらのリチウム複合酸化物は炭酸ガスと反応し、酸化物と炭酸リチウムとに分解することで、炭酸ガスの吸収がなされる。また、これらのリチウム複合酸化物と炭酸ガスとの反応により生成された酸化物と炭酸リチウムは、より高温下で逆反応が生じるため、リチウム複合酸化物として再生することが可能である。特許文献２には、酸化物として二酸化珪素を用いたリチウムシリケートが他のリチウム複合酸化物に較べて軽量に合成でき、かつ吸収速度が速いという利点があることが開示され、リチウムシリケートの炭酸ガス吸収材としての利用が注目されている。
【０００４】
一方、特許文献３には円柱状、ハニカム状の炭酸ガス吸収材が、特許文献４には組み立てブロック状炭酸ガス吸収材が、それぞれ開示されている。これらの炭酸ガス吸収材の中で、円柱状のものが取り扱いの点から望まれている。しかしながら、円柱状のリチウムシリケートを炭酸ガス吸収材として用い、炭酸ガスの吸収反応および放出反応（再生反応）を長期間に亘って繰り返すと、次第に炭酸ガス吸収性能が減少し、高い炭酸ガス吸収性能を維持することが困難になる問題があった。
【特許文献１】特開平９−９９２１４号公報
【特許文献２】特開２０００−２６２８９０
【特許文献３】特開平１１−２６２６３２号公報
【特許文献４】特開２００１−２３２１４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の炭酸ガス吸収材では炭酸ガスの吸収反応および放出反応を長期に亘って繰り返すと、次第に炭酸ガスの吸収量が減少して高い炭酸ガス吸収性能を維持することが困難になる問題があった。
本発明は、炭酸ガスの吸収および吸収能力の低下後の再生を長期間に亘って繰り返しても、高い炭酸ガス吸収性能が得られる炭酸ガス吸収材を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、被処理ガス中の炭酸ガスを炭酸ガス吸収材による炭酸ガス吸収と炭酸ガス吸収材の再生を繰返して除去するに際し、炭酸ガス吸収材の再生を長期間に亘って繰り返した後においても炭酸ガスを効率的に吸収し得る炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法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】
【０００７】
本発明によると、リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする炭酸ガス吸収材が提供される。
【０００８】
また本発明によると、リチウムシリケートを主成分とし、厚さが３ｍｍ以下の角形平板状の多孔質体であることを特徴とする炭酸ガス吸収材が提供される。
【０００９】
さらに本発明によると、リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下である炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを含む被処理ガスを接触させて炭酸ガスを吸収する工程と、
炭酸ガスを吸収した後の前記炭酸ガス吸収材を加熱して吸収した炭酸ガスを放出し、前記炭酸ガス吸収材を再生する工程と
を含むことを特徴とする炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、炭酸ガス吸収および再生を長期間に亘って繰り返しても、吸収性能低下を抑制して高い炭酸ガス吸収性能を維持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。
【００１１】
また、本発明によれば被処理ガス中の炭酸ガスを炭酸ガス吸収材による炭酸ガス吸収と炭酸ガス吸収材の再生を繰返して除去するに際し、炭酸ガス吸収材の再生を長期間に亘って繰り返した後においても炭酸ガスを効率的に吸収し得る炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法を提供することはできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る炭酸ガス吸収材および炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法を詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
この第１実施形態に係る炭酸ガス吸収材は、リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下である。
【００１４】
ここで『貫通孔』とは、粒状の多孔質体の中心を実質的に通るものを意味する。ただし、貫通孔は粒状の多孔質体の中心から多少外れて通ることを許容する。
『多孔質体の貫通孔を垂直に横切る断面』とは、その断面の中で最も面積の大きな断面を意味する。すなわち、粒状の多孔質体が円柱、角柱で、その軸方向に貫通孔を有する形態では貫通孔を垂直に横切る断面はどの箇所も同じ面積になる。これに対し、多孔質体が球体、楕円体で、その中心点を通る貫通孔を有する形態では貫通孔をその中心点で垂直に横切る断面が最も大きな面積を持ち、中心点から離れた貫通孔を垂直に横切る断面ほど面積が小さくなる。つまり、貫通孔を垂直に横切る断面の面積はその貫通孔位置によって変化し、貫通孔と外面の間の肉厚も変動する。このような球体、楕円体では貫通孔を垂直に横切る断面を最も面積の大きな断面（前記肉厚が最も大きくなる断面）で前記肉厚を決める。
『断面において貫通孔と外面の間の肉厚』とは、断面において貫通孔（外周面）と外面の間（距離）の最も大きな箇所を肉厚と定義する。すなわち、例えば円柱体のような多孔質体に貫通孔を軸方向に形成した形態において、貫通孔の多少の偏在、貫通孔の形状等により前記貫通孔と外面の間（距離）が異なる場合は、最も大きな距離の箇所を肉厚と定義する。
前記リチウムシリケートは、リチウムオルトシリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）を用いることが好ましい。リチウムオルトシリケートが炭酸ガスを吸収する反応を下記式（１）に、再生する反応を下記式（２）に、それぞれ示す。
【００１５】
吸収：Ｌｉ4ＳｉＯ4＋ＣＯ2→Ｌｉ2ＳｉＯ3＋Ｌｉ2ＣＯ3  …（１）
再生：Ｌｉ2ＳｉＯ3＋Ｌｉ2ＣＯ3→Ｌｉ4ＳｉＯ4＋ＣＯ2  …（２）
すなわち、リチウムオルトシリケートは例えば室温〜７００℃程度の温度域（第１温度域）で炭酸ガスと接触すると、前記式（１）に従って反応し、炭酸ガスを吸収してリチウムメタシリケート（Ｌｉ2ＳｉＯ3）と炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）とを生成する。この炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸収材は、前記第１温度域を超える例えば７２０℃以上の温度域（第２温度域）に加熱されると、前記式（２）に従って反応し、炭酸ガスを放出して元のリチウムオルトシリケートに再生される。このような炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収と炭酸ガス吸収材への再生の反応は、繰り返し行うことができる。なお、炭酸ガスの吸収温度域は、反応雰囲気下における炭酸ガス濃度に依存して変化し、炭酸ガス濃度が高くなるに従い吸収温度域の上限温度は高くなる。炭酸ガスの吸収反応により生じた炭酸リチウムの融点は７２０℃付近であるため、７２０℃以上の温度で炭酸ガス吸収材を加熱して炭酸ガスを放出させる場合には、炭酸リチウムは溶融状態になる。
【００１６】
前記リチウムシリケートを主成分とする粒状の多孔質体からなる炭酸ガス吸収材において、炭酸ガスの吸収反応および放出反応を多数回繰返すと、次第に炭酸ガスの吸収性能が低下する。本発明者らが炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収性能の低下について鋭意検討した結果、吸収性能が低下した吸収材の中心部には炭酸リチウムが蓄積されており、その影響で吸収性能が低下していることが明らかになった。炭酸リチウムが吸収材内部に蓄積するのは、以下の理由によるものと考えられる。炭酸ガス吸収材は、炭酸ガスの吸収・放出を行う毎に粒成長が起こり、粒状の多孔質体からなる炭酸ガス吸収材はその気孔が徐々に減少する。気孔が減少すると、炭酸ガスの吸収時に生成した溶融炭酸リチウムで気孔を埋める確率が高くなり、ガスパスが縮小する。再生反応（炭酸ガス放出反応）は、吸収材の外面から中心部に向かって順次起こるなるため、前記ガスパスの縮小に起因して外面から離れるほど再生反応が起こり難くなり、吸収材の中心部に炭酸リチウムが蓄積されると考えられる。事実、吸収性能が低下した炭酸ガス吸収材では炭酸リチウムは外面から３ｍｍを超える内部に蓄積されていることが確認された。
【００１７】
炭酸ガス吸収材に炭酸リチウムが蓄積されることは、前述した式（２）で表される再生反応が完全になされなくなることを意味する。このため、炭酸ガスと反応するリチウムオルトシリケート量が減少し、結果として炭酸ガスの吸収量が減少する。また、溶融炭酸リチウムが存在した状態では、前述した式（１）で表されるリチウムオルトシリケートと炭酸ガスの反応を阻害するため、さらに炭酸ガス吸収反応が起こり難くなる。したがって、再生反応時に炭酸リチウムが炭酸ガス吸収材内部に残存して蓄積するのを防止することによって、炭酸ガスの吸収・再生を長期間に亘って繰り返しても、安定した高い炭酸ガスの吸収性能が得られるという知見を見出した。
【００１８】
このような知見に基づいて、前述したように貫通孔を有し、この貫通孔を垂直に横切る断面において貫通孔と外面の間の肉厚を３ｍｍ以下にしたリチウムシリケートを主成分とする粒状の多孔質体から炭酸ガス吸収材を構成することによって、再生時に炭酸リチウムが吸収材に残留、蓄積されることなく、ほぼ全吸収材を前述の式（２）のように炭酸ガスを放出してリチウムシリケートに変換できる。その結果、炭酸ガスの吸収・再生を長期間に亘って繰り返しても、安定した高い炭酸ガスの吸収性能を発現することが可能になる。
前記多孔質体の貫通孔を垂直に横切る断面において貫通孔と外面の間の肉厚が３ｍｍを超えると、炭酸ガス吸収・放出（再生）後において、吸収材内部に前述した式（１）に示す炭酸リチウムが蓄積するようになって長期間に亘る吸収・再生の繰り返し時、高い炭酸ガスの吸収性能を維持することが困難になる。
前記貫通孔の大きさは、特に限定されないが、その直径が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。貫通孔の直径を０．５ｍｍ未満にすると、炭酸ガスの吸収時に生じる溶融炭酸リチウムにより貫通孔が塞がれて、再生時に炭酸ガスの放出反応を効率的に遂行することが困難になる。
前記貫通孔を有する粒状の多孔質体は、例えば円形、四角形のような多角形の貫通孔を有する円柱体、もしくは四角柱体、六角柱体のような多角柱体、または球体、楕円体等を挙げることができる。この貫通孔は、柱体ではその中心点を軸方向に沿うように通って形成され、球体、楕円体ではその中心点を通って形成される。
具体的な形態としては、図１の（Ａ）に示す円柱状貫通孔１が中心点を軸方向に沿うように形成された円柱状の多孔質体２、つまり円筒状の多孔質体が挙げられる。この円形貫通孔１を有する円柱状の多孔質体２は、貫通孔１を垂直に横切る断面（図１の（Ｂ））において円柱状の多孔質体２の直径をＬ、貫通孔１の直径をＬ１、貫通孔１と外周面との間の肉厚をＬ２，Ｌ３とすると、Ｌ２，Ｌ３（いずれも等しい）が３ｍｍ以下である。特に好ましい前記肉厚は、Ｌ／４ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。
【００１９】
前記図１に示す円柱状の多孔質体２の外径寸法は、直径Ｌが３〜１０ｍｍ、高さＨが３〜１０ｍｍであることが好ましい。多孔質体２の直径を３ｍｍ未満にすると、炭酸ガスを含む被処理ガスを吸収材の充填部に流通させた場合に圧力損失が増大し、エネルギー効率が低下する虞がある。一方、多孔質体２の直径が１０ｍｍを超えると、炭酸ガスと反応する吸収材部分が限られ、炭酸ガスと反応しない箇所が生じて炭酸ガスを吸収材で有効に吸収させることが困難になる。多孔質体２の貫通孔１は、その直径Ｌ１が０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
別の具体的な形態としては、図２の（Ａ）に示す円柱状貫通孔１が中心点を通って形成された球状の多孔質体３が挙げられる。この円形貫通孔１を有する球状の多孔質体３は、貫通孔１の中心点を垂直に横切る断面（図２の（Ｂ））において球状の多孔質体３の直径をＬ、貫通孔１の直径をＬ１、貫通孔１と外周面との間の肉厚をＬ２，Ｌ３とすると、Ｌ２，Ｌ３（いずれも等しい）が３ｍｍ以下である。特に好ましい前記肉厚は、Ｌ／４ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。球状の多孔質体３の外径寸法は、前述した円柱状の場合同様な理由から直径Ｌが３〜１０ｍｍであることが好ましい。さらに、球状の多孔質体３の貫通孔１の大きさは特に限定されないが、その直径Ｌ１を０．５ｍｍ以上にすることが好ましい。
前記粒状の多孔質体は、３０％以上、より好ましくは３５％以上、最も好ましくは４０〜６０％の気孔率を有することが望ましい。なお、この気孔率は貫通孔を含まない。前記多孔質体の気孔率を３０％未満にすると、二酸化炭素の吸収によって生成した炭酸リチウムを存在させる空間が不足して二酸化炭素の吸収性能が低下する虞がある。
前記粒状の多孔質体は、炭酸ガスの吸収速度を向上させるために、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩をさらに含むことを許容する。リチウムシリケートが炭酸ガスの吸収により生じた炭酸リチウムは、このようなアルカリ炭酸塩と反応して共晶塩を形成し、材料の融点が低下し、溶融状態になる。その結果、リチウムが移動しやすくなり炭酸ガスの吸収速度が促進される。
【００２０】
次に、第１実施形態に係る炭酸ガス吸収材の製造方法を詳細に説明する。
【００２１】
炭酸リチウムと二酸化珪素をＬｉ2ＣＯ3：ＳｉＯ2のモル比が２：１になるように混合してリチウムオルトシリケートの原料粉末を調製する。この原料粉末を例えば電気炉にて６００〜１２００℃に加熱することにより前述した式（２）で示す反応が生じてリチウムシリケート（例えばリチウムオルトシリケート）を合成する。このとき、炭酸ガスの吸収速度を促進させるために、例えば炭酸カリウム、炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩を原料粉末の段階またはリチウムシリケートの合成後に添加することを許容する。アルカリ炭酸塩の添加量は、リチウムシリケートに対して４０ｍｏｌ％以下にすることが好ましい。添加量が４０ｍｏｌ％を超えると、炭酸ガスの吸収反応の促進効果が飽和し、吸収材の全体量に対する炭酸ガス吸収反応を関与するリチウムシリケートの割合が低減されるため、逆に炭酸ガス吸収性能が低下する虞がある。
【００２２】
次いで、前記リチウムシリケート粉末および必要に応じてアルカリ炭酸塩が添加された粉末を例えば押出し成形により貫通孔を有する円柱状、球状、角柱状のような粒状の多孔質体とし、炭酸ガス吸収材を製造する。
なお、炭酸ガス吸収材の製造において原料粉末の焼成、成形の順番に行う場合に限らず、原料粉末の成形後に焼成してもよい。
【００２３】
前記成形工程では、粉末を結合させるためのバインダを用いることができる。このバインダは、無機系、有機系の材料のいずれも用いることができる。無機系材料としては、例えば粘土、鉱物、石灰乳などが挙げられる。有機系材料としては、例えば澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、パラフィンなどが挙げられる。バインダの添加量は、リチウムシリケート粉末に対して０．１〜２０重量％にするのが好ましい。バインダは、適当な溶媒に分散または溶解した状態で添加することができる。溶媒は、水あるいは有機溶媒なども用いることができる。
【００２４】
次に、前述した炭酸ガス吸収材による炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法を説明する。
リチウムシリケートを主成分とし、貫通孔を有する粒状の多孔質体であって、前記貫通孔を垂直に横切る断面において前記貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下である炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを含む被処理ガスを炭酸ガスの吸収を可能にする温度にて接触させることによって、前記吸収材が被処理ガス中の炭酸ガスと前述した式（１）に従って反応して炭酸ガスが吸収（除去）される。
【００２５】
前記被処理ガスとしては、例えば炭化水素を主成分とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラントから排出される排ガス、自動車などから発生する排ガスを挙げることができる。
前記炭酸ガスの吸収を可能にする温度は、例えば５００〜７００℃である。
【００２６】
次いで、前記炭酸ガス吸収材が被処理ガス中の炭酸ガスと反応して、その吸収能力が低下したとき、前記炭酸ガスの吸収を可能にする温度より高い温度に加熱することによって、炭酸ガスを吸収した吸収材が前述した式（２）に従って反応して再生される。
【００２７】
前記再生時の温度は、例えば７２０℃以上である。
【００２８】
前記再生時に窒素ガスのような不活性ガスを炭酸ガスを吸収した吸収材に流通させてもよい。
このように炭酸ガスの吸収後の吸収材を再生することにより、吸収材を繰り返し被処理ガスの炭酸ガスの吸収・除去に利用することが可能になる。
【００２９】
前述した炭酸ガスを含む被処理ガスの処理は、例えば図３に示す反応器が用いられる。この反応器１１は、両端にフランジ１２ａ，１２ｂを有する円筒状本体１３と、この本体１３の一端（上端）のフランジ１２ａに当接され、ガス導入管１４を有する上部円板状蓋体１５と、前記本体１３の他端（下端）のフランジ１２ｂに当接され、ガス排出管１６を有する下部円板状蓋体１７とを備えている。前記円筒状本体１３のフランジ１２ａ，１２ｂには、複数のボルト挿通穴（図示せず）が開口され、前記各円板状蓋体１５、１７にもこれら挿通穴に対応してボルト挿通穴（図示せず）が開口され、円筒状本体１３上端のフランジ１２ａと上部円板状蓋体１５の合致したボルト挿通穴、および円筒状本体１３下端のフランジ１２ｂと下部円板状蓋体１７の合致したボルト挿通穴にボルトをそれぞれ挿入し、ナットで締め付けることによって、各円板状蓋体１５、１７が円筒状本体１３に固定される。前記上部円板状蓋体１５におけるガス導入管１４の開口部および前記下部円板状蓋体１７におけるガス排出管１６の開口部には、メッシュ１８，１９がそれぞれ取り付けられている。
このような図３に示す反応器１１において、上部円板状蓋体１５を円筒状本体１３から外して、下部円板状蓋体１７を有する円筒状本体１３内にリチウムシリケートを主成分とし、例えば円柱状貫通孔を有する円筒状多孔質体で、この貫通孔を垂直に横切る断面において貫通孔と外面との間の肉厚が３ｍｍ以下である炭酸ガス吸収材リチウム２０を充填した後、再び上部円板状蓋体１５を円筒状本体１３に取り付ける。つづいて、炭酸ガスを含む被処理ガスを上部円板状蓋体１５のガス導入管１４を通して円筒状本体１３内に充填された炭酸ガス吸収材２０を流通、接触させる。このとき、５００〜７００℃に加熱された被処理ガスを用いるか、例えば反応器１１の外周に配置した図示しないヒータにより反応器１１内の吸収材２０を５００〜７００℃に加熱することにより、吸収材２０が被処理ガス中の炭酸ガスと前述した式（１）に従って反応し、炭酸ガスが吸収（除去）される。吸収材２０と反応させた後の被処理ガスは、下部円板状蓋体１７のガス排出管１６を通して排出される。
一方、前記炭酸ガス吸収材２０が被処理ガス中の炭酸ガスと反応して、その吸収能力が低下したとき、被処理ガスの供給を停止し、例えば反応器１１の外周に配置した図示しないヒータにより前記反応器１１内の炭酸ガスを吸収した吸収材を例えば７２０℃以上に加熱することによって、炭酸ガスを吸収した吸収材が前述した式（２）に従って反応して再生される。この再生処理で反応器１１内に発生された炭酸ガスはガス排出管１６を通して排出、回収される。
（第２実施形態）
この第２実施形態に係る炭酸ガス吸収材は、リチウムシリケートを主成分とし、厚さが３ｍｍ以下の角形平板状の多孔質体である。
【００３０】
前記リチウムシリケートは、リチウムオルトシリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）を用いることが好ましい。このリチウムオルトシリケートは、炭酸ガスと前述した式（１）に従って反応して吸収し、下記式（２）に従って反応し、再生する。
【００３１】
前記多孔質体の厚さが３ｍｍを超えると、炭酸ガス吸収・放出（再生）後において、吸収材内部に前述した式（１）に示す炭酸リチウムが蓄積するようになって長期間に亘る吸収・再生の繰り返し時、高い炭酸ガスの吸収性能を維持することが困難になる。
前記多孔質体は、例えば三角形平板状、矩形平板状、六角平板状等をなす。
具体的な形態としては、図４に示す厚さ（Ｔ）が３ｍｍ以下である矩形平板状多孔質体２１が挙げられる。この矩形平板状多孔質体２１は、幅（Ｗ），長さ（Ｌ）がそれぞれ３〜１０ｍｍであることが好ましい。
前記多孔質体は、３０％以上、より好ましくは３５％以上、最も好ましくは４０〜６０％の気孔率を有することが望ましい。前記多孔質体の気孔率を３０％未満にすると、二酸化炭素の吸収によって生成した炭酸リチウムを存在させる空間が不足して二酸化炭素の吸収性能が低下する虞がある。
前記多孔質体は、炭酸ガスの吸収速度を向上させるために、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩をさらに含むことを許容する。リチウムシリケートが炭酸ガスの吸収により生じた炭酸リチウムは、このようなアルカリ炭酸塩と反応して共晶塩を形成し、材料の融点が低下し、溶融状態になる。その結果、リチウムが移動しやすくなり炭酸ガスの吸収速度が促進される。
【００３２】
次に、第２実施形態に係る炭酸ガス吸収材の製造方法を詳細に説明する。
【００３３】
前述した第１実施形態と同様な方法でリチウムシリケート（例えばリチウムオルトシリケート）を合成し、このリチウムシリケート粉末および必要に応じてアルカリ炭酸塩が添加された粉末を例えば押出し成形により角形平板状の多孔質体とし、炭酸ガス吸収材を製造する。
なお、炭酸ガス吸収材の製造において原料粉末の焼成、成形の順番に行う場合に限らず、原料粉末の成形後に焼成してもよい。
【００３４】
前記成形工程では、第１実施形態で説明したように粉末を結合させるためのバインダを用いることを許容する。
次に、前述した炭酸ガス吸収材による炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法を説明する。
リチウムシリケートを主成分とし、厚さが３ｍｍ以下の角形平板状の多孔質体である炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを含む被処理ガスを炭酸ガスの吸収を可能にする温度（例えば５００〜７００℃）にて接触させることによって、前記吸収材が被処理ガス中の炭酸ガスと前述した式（１）に従って反応して炭酸ガスが吸収（除去）される。
【００３５】
前記被処理ガスとしては、例えば炭化水素を主成分とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラントから排出される排ガス、自動車などから発生する排ガスを挙げることができる。
次いで、前記炭酸ガス吸収材が被処理ガス中の炭酸ガスと反応して、その吸収能力が低下したとき、前記炭酸ガスの吸収を可能にする温度より高い温度（例えば７２０℃以上）に加熱することによって、炭酸ガスを吸収した吸収材が前述した式（２）に従って反応して再生される。
【００３６】
前記再生時に窒素ガスのような不活性ガスを炭酸ガスを吸収した吸収材に流通させてもよい。
前述した炭酸ガスを含む被処理ガスの処理は、第１実施形態と同様に例えば図３に示す反応器を用いて実施することが可能である。
【００３７】
このように炭酸ガスの吸収後の吸収材を再生することにより、吸収材を繰り返し被処理ガスの炭酸ガスの吸収・除去に利用することが可能になる。
【００３８】
以上、第２実施形態によればリチウムシリケートを主成分とし、厚さが３ｍｍ以下の角形平板状の多孔質体から炭酸ガス吸収材を構成することによって、再生時に炭酸リチウムが吸収材に残留、蓄積されることなく、ほぼ全吸収材を前述の式（２）のように炭酸ガスを放出してリチウムシリケートに変換できる。その結果、炭酸ガスの吸収・再生を長期間に亘って繰り返しても、安定した高い炭酸ガスの吸収性能を発現することが可能になる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００３９】
（実施例１）
平均粒径１０μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末とを二酸化珪素：炭酸リチウムのモル比が１：２となるように混合した。得られた混合原料粉末を箱型電気炉にて大気中、１０００℃で８時間焼成してリチウムオルトシリケート粉末を得た。このリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により中空円筒状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この中空円筒状多孔質体は、外径８ｍｍ、高さ８ｍｍで、３ｍｍ径の円柱状貫通孔がその中心点を軸方向に沿うように形成されている。また、中空円筒状多孔質体は水銀吸着法による気孔率（貫通孔を除く）が４０％で、貫通孔を垂直に横切る断面において貫通孔と外面の間の肉厚が２．５ｍｍであった。
【００４０】
（実施例２）
実施例１と同様なリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により中空円筒状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この中空円筒状多孔質体は、外径８ｍｍ、高さ８ｍｍで、２ｍｍ径の円柱状貫通孔がその中心点を軸方向に沿うように形成されている。また、前記中空円筒状多孔質体は水銀吸着法による気孔率（貫通孔を除く）が４０％で、貫通孔をその貫通孔に対して垂直に横切る断面において貫通孔と外面の間の肉厚が３ｍｍであった。
【００４１】
（比較例１）
実施例１と同様なリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により中空円筒状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この中空円筒状多孔質体は、外径８ｍｍ、高さ８ｍｍで、１ｍｍ径の円柱状貫通孔がその中心点を軸方向に沿うように形成されている。また、前記中空円筒状多孔質体は水銀吸着法による気孔率（貫通孔を除く）が４０％で、貫通孔をその貫通孔に対して垂直に横切る断面において貫通孔と外面の間の肉厚が３．５ｍｍであった。
【００４２】
（比較例２）
実施例１と同様なリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により外径８ｍｍ、高さ８ｍｍで、水銀吸着法による気孔率４０％の円柱状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【００４３】
得られた実施例１，２および比較例１，２の炭酸ガス吸収材について、炭酸ガス吸収および放出の繰り返し性能を評価した。すなわち、炭酸ガス吸収材５０ｇをアルミナ製のこう鉢に入れ、このこう鉢を電気炉に設置した。炭酸ガスと空気の混合ガス（炭酸ガス：空気が体積比で２０：８０）を前記こう鉢内に流しながら、電気炉の加熱により６００℃で１時間保持して炭酸ガス吸収材に炭酸ガスを吸収させた後、炭酸ガス吸収材の重量を測定した。次いで、電気炉を８５０℃まで昇温し、その温度で１時間保持して炭酸ガス吸収材から炭酸ガスを放出させ、放出後の炭酸ガス吸収材の重量を測定した。1回目の吸収性能を、吸収後の重量変化率（ｗｔ％）により算出した。
【００４４】
同様な条件で炭酸ガスの吸収・放出を１００回繰り返して、1回目の場合と同様の手法により１００回目における吸収性能を求めた。同様な条件で炭酸ガスの吸収・放出を２００回繰り返して、1回目の場合と同様の手法により２００回目における吸収性能を求めた。
【００４５】
得られた１００回目、２００回目における吸収性能を下記式（３）、（４）に代入してそれぞれの回数の吸収性能維持率を求めた。
（１００回後の吸収性能／1回後の吸収性能）×１００（％）…（３）
（２００回後の吸収性能／1回後の吸収性能）×１００（％）…（４）
それらの結果を下記表１に示す。
【表１】
2006263612.tif 000003
【００４６】
前記表１から明らかなように肉厚が３ｍｍ以下の中空円筒状多孔質体からなる実施例１，２の炭酸ガス吸収材は、肉厚が３ｍｍを超える中空円筒状多孔質体からなる比較例１の炭酸ガス吸収材、肉厚が３ｍｍを超える円柱状多孔質体からなる比較例２の炭酸ガス吸収材に比べて炭酸ガスの吸収・放出を１００回繰り返し後の吸収性能維持率が高いのみならず、さらに炭酸ガスの吸収・放出を２００回繰り返し後の吸収性能維持率も高く、長期間の炭酸ガスの吸収・放出の繰り返しにおいても優れた炭酸ガス吸収性能を維持することが可能であることがわかる。
なお、平均粒径１０μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径１μｍの炭酸カリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸カリウムのモル比が１：２：０．１となるように混合した混合原料粉末を箱型電気炉にて大気中、１０００℃で８時間焼成して炭酸カリウムを含むリチウムオルトシリケート粉末を調製し、このリチウムオルトシリケート粉末を実施例１、２と同様な方法で製造した中空円筒状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材は、前述した炭酸ガス吸収および放出の繰り返し性能を評価において同様な優れた炭酸ガス吸収性能を維持することが可能であった。
【００４７】
（実施例３）
平均粒径１０μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末とを二酸化珪素：炭酸リチウムのモル比が１：２となるように混合した。得られた混合原料粉末を箱型電気炉にて大気中、１０００℃で８時間焼成してリチウムオルトシリケート粉末を得た。このリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により厚さ２ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４ｍｍの矩形平板状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この矩形平板状多孔質体は、水銀吸着法による気孔率が４０％であった。
【００４８】
（実施例４）
実施例３と同様なリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により厚さ３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４ｍｍの矩形平板状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この矩形平板状多孔質体は、水銀吸着法による気孔率が４０％であった。
【００４９】
（比較例３）
実施例３と同様なリチウムオルトシリケート粉末を押し出し機内に投入し、押し出し法により厚さ３．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４ｍｍの矩形平板状多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。この矩形平板状多孔質体は、水銀吸着法による気孔率が４０％であった。
【００５０】
得られた実施例３，４および比較例３の炭酸ガス吸収材について、前述したのと同様な方法で炭酸ガス吸収および放出の繰り返し性能、つまり１００回目、２００回目における吸収性能維持率を評価した。その結果を下記表２に示す。
【表２】
2006263612.tif 000004
【００５１】
前記表２から明らかなように厚さが３ｍｍ以下の矩形平板状多孔質体からなる実施例３，４の炭酸ガス吸収材は、肉厚が３ｍｍを超える矩形平板状多孔質体からなる比較例３の炭酸ガス吸収材に比べて炭酸ガスの吸収・放出を１００回繰り返し後の吸収性能維持率が高いのみならず、さらに炭酸ガスの吸収・放出を２００回繰り返し後の吸収性能維持率も高く、長期間の炭酸ガスの吸収・放出の繰り返しにおいても優れた炭酸ガス吸収性能を維持することが可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態に係る円筒状多孔質体（炭酸ガス吸収材）を示す図。
【図２】第１実施形態に係る球状多孔質体（炭酸ガス吸収材）を示す図。
【図３】第１実施形態に係る炭酸ガスを含む被処理ガスの処理方法に用いられる反応器を示す断面図。
【図４】第２実施形態に係る矩形平板状多孔質体（炭酸ガス吸収材）を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
１…円柱状貫通孔、２…円筒状多孔質体（炭酸ガス吸収材）、３…球状多孔質体（炭酸ガス吸収材）、１１…反応器、１３…円筒状本体、１４…ガス導入管、１６…ガス排気管、２０…炭酸ガス吸収材、２１…矩形平板状多孔質体（炭酸ガス吸収材）。
【図１】
2006263612.tif 000005
【図２】
2006263612.tif 000006
【図３】
2006263612.tif 000007
【図４】
2006263612.tif 000008