(57)【要約】【課題】低エネルギー消費で高濃度のＣＯ２を回収することができるガス処理装置及びガス処理方法を提供する。【解決手段】本発明に係るガス処理装置は、ガス処理媒体１として、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のいずれか１以上を含有するＣＯ２吸収剤と、遷移金属酸化物を含有し酸化型及び還元型に状態変化する酸素キャリアとを有しており、ＣＯ２を含有するガスに含まれるＣＯ２をＣＯ２吸収剤に吸収させて炭酸塩を生成するＣＯ２吸収塔１０１と、酸素キャリアを還元して還元型の酸素キャリアと酸素を生成し、酸素の燃焼反応による反応熱で炭酸塩を分解してＣＯ２とＣＯ２吸収剤とを生成する再生塔１０２と、還元型の酸素キャリアを酸化性ガスによって酸化型の酸素キャリアに酸化する燃焼塔１０３と、炭酸塩分解手段で生成したＣＯ２を回収する排出口１０２ａ及び熱交換器１１１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を含有するガスからＣＯ２を回収するガス処理装置であって、
ガス処理媒体として、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のいずれか１以上を含有するＣＯ２吸収剤と、遷移金属酸化物を含有し酸化型及び還元型に状態変化する酸素キャリアとを有しており、
前記ＣＯ２を含有するガスに含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収剤に吸収させて炭酸塩を生成するＣＯ２吸収手段と、
前記酸素キャリアを還元して還元型の酸素キャリアと酸素とを生成し、前記酸素の燃焼反応による反応熱で前記炭酸塩を分解してＣＯ２と前記ＣＯ２吸収剤とを生成する炭酸塩分解手段と、
前記還元型の酸素キャリアを酸化性ガスによって酸化型の酸素キャリアに酸化する酸素キャリア酸化手段と、
前記炭酸塩分解手段で生成したＣＯ２を回収するＣＯ２回収手段と、を備え、
前記ＣＯ２吸収剤及び前記酸素キャリアが、前記ＣＯ２吸収手段、前記炭酸塩分解手段及び前記酸素キャリア再生手段を循環することを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記酸素キャリア酸化手段で生成した酸化型の酸素キャリア及びＣＯ２吸収剤を前記ＣＯ２吸収手段に導入するとともに、前記酸化性ガスを排出する分離手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
前記ＣＯ２吸収剤がＬｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＯのいずれか１以上の前記アルカリ金属酸化物又は前記アルカリ土類金属酸化物を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
前記酸素キャリアがＭｎＯ、ＣｏＯ及びＣｕＯのいずれか１以上の前記遷移金属酸化物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス処理装置。
【請求項５】
ＣＯ２を含有するガスからＣＯ２を回収するガス処理方法であって、
アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のいずれか１以上を含有するＣＯ２吸収剤と、遷移金属酸化物を含有し酸化型及び還元型に状態変化する酸素キャリアとをガス処理媒体として有しており、
前記ＣＯ２を含有するガスに含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収剤に吸収させて炭酸塩を生成するＣＯ２吸収工程と、
前記酸素キャリアを還元して還元型の酸素キャリアと酸素を生成し、前記酸素の燃焼反応による反応熱で前記炭酸塩を分解してＣＯ２と前記ＣＯ２吸収剤とを生成する炭酸塩分解工程と、
前記還元型の酸素キャリアを酸化性ガスによって酸化型の酸素キャリアに酸化する酸素キャリア酸化工程と、
前記炭酸塩分解手段で生成したＣＯ２を回収するＣＯ２回収工程と、を備え、
前記ＣＯ２吸収剤及び前記酸素キャリアが、前記ＣＯ２吸収工程、前記炭酸塩分解工程及び前記酸素キャリア再生工程に亘って使用されることを特徴とするガス処理方法。
【請求項６】
前記ＣＯ２吸収剤がＬｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＯのいずれか１以上の前記アルカリ金属酸化物又は前記アルカリ土類金属酸化物を含有することを特徴とする請求項５記載のガス処理方法。
【請求項７】
前記酸素キャリアがＭｎＯ、ＣｏＯ及びＣｕＯのいずれか１以上の前記遷移金属酸化物を含有することを特徴とする請求項５又は６記載のガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素（ＣＯ２）を回収するためのガス処理装置及びガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電等の発電、製造業、工業プロセス、廃棄物焼却等において排出された排ガス中のＣＯ２が大気中に放出されることを防止するために、排ガス中のＣＯ２を分離回収して貯留し、有効利用するための技術が開発されている。
【０００３】
しかし、ＣＯ２を回収するためには、エネルギー損失が大きく多大なコストが掛かり、汚染水が発生してしまうという問題があった。このような問題を解決するために、低エネルギー且つ低コストで、水の使用量が少なく汚染水が出ないＣＯ２の回収システムの開発が望まれている。
【０００４】
上記課題を解決するために種々の提案がなされている。特許文献１には、実施例２及び図７に開示されるように、安価に入手でき、ＣＯ２を吸収するＣａＯ、及びＣｕＯを含有する固定床の反応装置にＣＯ２を含有するガスを導入し、ケミカルルーピング方法を用いてＣＯ２を分離回収する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、再生可能エネルギー源であるバイオマス資源をガス化するための三塔式循環流動層ガス化装置が開示されており、ＣａＯを三塔内で循環させ、ＣＯ２の排出量を低減して高効率でバイオマスをガス化できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１３−５０４４２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４１４４号公報
【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、特許文献１におけるＣＯ２回収方法は、固定床の反応装置を用いた反応であることから、ＣａＯ及びＣｕＯが各反応装置間において循環せず、効率的にＣＯ２を回収することが困難であると考えられる。また、特許文献２に記載の三塔式循環流動層ガス化装置においては、ガス化塔及びタール改質塔において発生するガスが混合した状態の排ガスとして排出されるため、高濃度でＣＯ２を回収するには、当該排ガスからＣＯ２を分離する工程がさらに必要となり、エネルギー消費が多くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、低エネルギー消費で高濃度のＣＯ２を回収することができるガス処理装置及びガス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】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ケミカルルーピング方法を三塔式循環流動層ガス化装置において適用し、且つ、ＣＯ２を高濃度で含有するガスとＣＯ２を含まないガスとを別々に排出させることで、低エネルギー消費で高濃度のＣＯ２を回収できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、ＣＯ２を含有するガスからＣＯ２を回収するガス処理装置であって、ガス処理媒体として、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のいずれか１以上を含有するＣＯ２吸収剤と、遷移金属酸化物を含有し酸化型及び還元型に状態変化する酸素キャリアとを有しており、ＣＯ２を含有するガスに含まれるＣＯ２をＣＯ２吸収剤に吸収させて炭酸塩を生成するＣＯ２吸収手段と、酸素キャリアを還元して還元型の酸素キャリアと酸素を生成し、前記酸素の燃焼反応による反応熱で前記炭酸塩を分解してＣＯ２とＣＯ２吸収剤とを生成する炭酸塩分解手段と、前記還元型の酸素キャリアを酸化性ガスによって酸化型の酸素キャリアに酸化する酸素キャリア酸化手段と、前記炭酸塩分解手段で生成したＣＯ２を回収するＣＯ２回収手段と、を備え、前記ＣＯ２吸収剤及び前記酸素キャリアが、前記ＣＯ２吸収手段、前記炭酸塩分解手段及び前記酸素キャリア再生手段を循環することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ＣＯ２を含有するガスからＣＯ２を回収するガス処理方法であって、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物のいずれか１以上を含有するＣＯ２吸収剤と、遷移金属酸化物を含有し酸化型及び還元型に状態変化する酸素キャリアとをガス処理媒体として有しており、前記ＣＯ２を含有するガスに含まれるＣＯ２を前記ＣＯ２吸収剤に吸収させて炭酸塩を生成するＣＯ２吸収工程と、前記酸素キャリアを還元して還元型の酸素キャリアと酸素を生成し、前記酸素の燃焼反応による反応熱で前記炭酸塩を分解してＣＯ２と前記ＣＯ２吸収剤とを生成する炭酸塩分解工程と、前記還元型の酸素キャリアを酸化性ガスによって酸化型の酸素キャリアに酸化する酸素キャリア酸化工程と、前記炭酸塩分解手段で生成したＣＯ２を回収するＣＯ２回収工程と、を備え、前記ＣＯ２吸収剤及び前記酸素キャリアが、前記ＣＯ２吸収工程、前記炭酸塩分解工程及び前記酸素キャリア再生工程に亘って使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、低エネルギー消費で高濃度のＣＯ２を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００を示す模式図である。
【図２】ＣａＯの温度条件によるＣＯ２吸収濃度を示す図である。
【図３】ＣｕＯの温度条件及び酸素分圧条件による酸化還元状態を示す図である。
【図４】実施例に係るＣＯ２回収方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明に係るガス処理装置の一例である三塔式循環流動層ガス化装置１００について説明する。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００を示す模式図である。三塔式循環流動層ガス化装置１００は、ＣＯ２吸収塔１０１（ＣＯ２吸収手段）、再生塔１０２（炭酸塩分解手段）、燃焼塔１０３（酸素キャリア酸化手段）、ライザー１０４、サイクロン１０５（分離手段）、ループシール１０６〜１０８、及び熱交換器１０９〜１１１を備え、三塔式循環流動層ガス化装置１００の内部をガス処理媒体１が循環する。なお、図１において、図示の簡略化のためにガス処理媒体１、ガス２、３、５及び６、燃料４の流れ、並びにループシール１０６〜１０８を矢印で示している。
【００１６】
ここで、ＣＯ２吸収塔１０１はＣＯ２吸収手段に、再生塔１０２は炭酸塩分解手段に、燃焼塔１０３は酸素キャリア酸化手段にそれぞれ相当する。
【００１７】
図１に示すように、ＣＯ２吸収塔１０１はサイクロン１０５の下部に設けられ、再生塔１０２はＣＯ２吸収塔１０１の下部に設けられ、燃焼塔１０３は再生塔１０２の下部に設けられており、これらの間はループシール１０６〜１０８により接続される。また、ライザー１０４は、燃焼塔１０３の上部に接続され、サイクロン１０５の高さまで延伸し、サイクロン１０５に接続される。なお、ループシール１０６〜１０８の代わりにパイプを使用することもできる。
【００１８】
三塔式循環流動層ガス化装置１００が上記のような構成を備えることにより、ガス処理媒体１が重力によってサイクロン１０５、ＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２内をこの順に下降し、燃焼塔１０３に導入され、ライザー１０４によってサイクロン１０５まで上昇されるため、三塔式循環流動層ガス化装置１００の内部を循環することができる。ガス処理媒体１は、ＣＯ２吸収剤及び酸素キャリアを含有する。
【００１９】
ＣＯ２吸収剤として、排ガス２中のＣＯ２を吸収することで炭酸塩を形成するアルカリ金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を使用することができ、例えば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）等が挙げられる。中でも、反応の温度条件や経済的観点から、ＣａＯが好ましい。
【００２０】
ＣＯ２吸収剤としてＣａＯを使用する場合、例えば石灰石やドロマイトを焼成することで得られるＣａＯを用いることができる。
【００２１】
酸素キャリアは、酸素を吸収、搬送、放出する媒体であり、酸化型と還元型に状態変化する性質を有している。酸素キャリアとして、還元されることで酸素を放出する遷移金属酸化物を使用することができ、例えば酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化コバルト（II）（ＣｏＯ）及び酸化銅（II）（ＣｕＯ）等が挙げられる。中でも、酸素の運搬能力が高く、酸化反応及び還元反応の速度が大きいという観点から、ＣｕＯが好ましい。
【００２２】
酸素キャリアとしてＣｕＯを使用する場合、例えば、Ｃｕ単体又はＣｕＯ粉末をセメントやアルミナと混合して焼成することにより得られるＣｕＯを用いることができる。
【００２３】
ガス処理媒体１としては、ＣＯ２吸収剤及び酸素キャリアをそれぞれ別々の媒体として混合した混合媒体でもよく、ＣＯ２吸収剤及び酸素キャリアを結着材などで結着した結合媒体でもよい。混合媒体の場合、ＣＯ２吸収剤及び酸素キャリアとして、例えば上記方法により得られたＣａＯの粒子及びＣｕＯの粒子をそれぞれ独立した状態で用いることができる。また、結合媒体の場合、例えばＣａＯ粒子及びＣｕＯ粒子を、珪砂、アルミナ粒子、セメント等と混合して得られる混合粒子を用いることもできる。
【００２４】
ＣＯ２吸収塔１０１は、約４００℃〜約７００℃の温度で運転するバブリング流動層又は移動層である。ＣＯ２吸収塔１０１には、例えば石炭火力発電等により生じたＣＯ２を含有する排ガス２（被処理ガス）が外部より供給される。排ガス２中のＣＯ２は、ＣＯ２吸収塔１０１の内部においてＣＯ２吸収剤に吸収され、ＣＯ２吸収剤の炭酸塩を形成する。例えば、ＣＯ２吸収剤がＣａＯの場合、炭酸塩としてＣａＣＯ３が生成する。生成した炭酸塩は、酸素キャリアと共に、ループシール１０７を経由して再生塔１０２へ導入される。ＣＯ２が吸収されることによりＣＯ２フリーとなったガス３は、熱交換器１１０を介して外部に排出される。
【００２５】
再生塔１０２は、約７００℃〜約９５０℃の温度条件、及び低酸素分圧条件で運転するバブリング流動層又は移動層である。再生塔１０２には、例えばメタン等の炭化水素化合物や水素などの燃料４が外部より供給される。供給される燃料４として、石炭やバイオマス等を原料とする固体燃料、液体燃料、または気体燃料を使用することができる。
【００２６】
再生塔１０２において、高温条件且つ低酸素分圧条件であることにより、酸素キャリアが酸素を放出して還元型となる。酸素キャリアが放出した酸素は、燃料４と燃焼反応を起こし、ＣＯ２が生成される。この燃焼反応において発生する反応熱により炭酸塩が分解し、ＣＯ２吸収剤及びＣＯ２が再生する。炭酸塩が分解されることにより再生したＣＯ２吸収剤、及び還元型の酸素キャリアは、ループシール１０８を経由して燃焼塔１０３に導入される。また、再生塔１０２は、炭酸塩の分解により得られたＣＯ２を回収するための排出口１０２ａ（ＣＯ２回収手段）を有し、炭酸塩の分解により得られたＣＯ２を高濃度で含有するガス５は、熱交換器１１１（ＣＯ２回収手段）を介して外部に排出される。
【００２７】
なお、ＣＯ２吸収塔１０１において、ガス３の一部あるいは全部は、外部に排出されずに炭酸塩及び酸素キャリアと共に再生塔１０２へ導入されてもよい。この場合、再生塔１０２へ導入されたガス３中に燃焼性の成分（炭化水素化合物など）が含まれる場合は、燃料４の燃焼時に用いられ、ガス５と共に排出してもよい。さらに、この場合、本実施形態のように燃料４を供給せずに、ガス３に含まれる燃焼性成分のみを使用して燃焼を行ってもよい。
【００２８】
ここで、再生塔１０２から排出されるガス５は、ＣＯ２を高濃度で含有しているため、当該ガス５を回収することで、大気中に排出されるＣＯ２を削減でき、回収したＣＯ２を有効利用することができる。なお、本実施形態では、ＣＯ２を含むガス５を再生塔１０２に設けた排出口１０２ａから排出しているが、これに限定されず、例えば、ループシール１０８に排出口を設けてガス５を排出してもよい。
【００２９】
燃焼塔１０３は、約６００℃〜約９００℃の温度で運転する高速流動層又はバブリング流動層である。燃焼塔１０３には、空気や酸素、オゾン、二酸化窒素等の酸素を含有する酸化性ガス６が外部より供給される。燃焼塔１０３において、酸化性ガス６中の酸素により、還元型の酸素キャリアを酸化し、酸化型の酸素キャリアを再生する。当該酸化型の酸素キャリア、及びＣＯ２吸収剤（ガス処理媒体１）は、燃焼塔１０３の上部に設けられたライザー１０４内を酸化性ガス６と共に上昇し、サイクロン１０５に導入される。なお、酸化性ガス６は、図示しない圧縮装置により、例えば２０気圧程度に圧縮された状態で燃焼塔１０３に供給されてもよい。
【００３０】
サイクロン１０５は、旋回流により気体中に含まれる粒子を分離する装置である。サイクロン１０５として、例えば公知の遠心力集塵装置を用いることができる。サイクロン１０５は、ガス処理媒体１と酸化性ガス６とを分離し、分離された酸化性ガス６は、熱交換器１０９を介して外部に排出される。また、サイクロン１０５により分離されたガス処理媒体１は、ループシール１０６を経由してＣＯ２吸収塔１０１に導入される。
【００３１】
ＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３は、例えば、石英ガラスや金属等、約９００℃の高温や、加圧、減圧に耐えうる素材により形成される。また、サイクロン１０５、ループシール１０６〜１０８、及び熱交換器１０９〜１１１として、公知のものを使用することができる。
【００３２】
［変形例］
次に、第１の実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００の変形例について説明する。変形例に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００の各構成は、図１に示した第１の実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００と同様であるため、その説明を省略する。
【００３３】
第１の実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００は、図１に示すように、ＣＯ２吸収塔１０１及び再生塔１０２がループシール１０７により接続され、当該ループシール１０７がＣＯ２吸収塔１０１及び再生塔１０２の外部に設置されている。しかし、図示は省略しているが、変形例に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００においては、ループシール１０７の代わりにパイプによりＣＯ２吸収塔１０１及び再生塔１０２を接続し、当該パイプをＣＯ２吸収塔１０１及び再生塔１０２の内部に設けることができる。
【００３４】
このように、三塔式循環流動層ガス化装置１００の内部にパイプを設けることで、三塔式循環流動層ガス化装置１００を小型化することができ、装置の組み立ても容易に行うことができる。
【００３５】
しかしながら、三塔式循環流動層ガス化装置１００の内部は非常に高温であるため、パイプの材質が金属等であると摩耗しやすいという問題がある。従って、ＣＯ２吸収塔１０１及び再生塔１０２の内部に設置されるパイプは、例えばセラミック材料等の高温に耐えうる材質とすることが好ましい。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００は、その内部をガス処理媒体１のＣＯ２吸収剤及び酸素キャリアが状態変化しながら循環し、排ガス中のＣＯ２のみを分離して回収することができる。さらに、本実施の形態に係る三塔式循環流動層ガス化装置１００によれば、固体のＣＯ２吸収剤を用いるため、汚染水も発生することがない。
【００３７】
なお、図１における三塔式循環流動層ガス化装置１００及びその構成要素は、模式的に図示したものであり、実際の大きさや形状、配置などは任意に変更することができる。
【００３８】
次に、図２及び図３を参照して、ＣＯ２吸収剤としてＣａＯを使用し、酸素キャリアとしてＣｕＯを使用した場合における温度条件と圧力条件によるＣａＯのＣＯ２吸収、及びＣｕＯの還元について説明する。図２は、ＣａＯの温度条件によるＣＯ２吸収濃度を示す図である。図３は、ＣｕＯの温度条件及び酸素分圧条件による酸化還元状態を示す図である。
【００３９】
ここで、ＣａＯとＣＯ２との反応は、下記の式（１）により表される。
ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３（発熱）  ・・・（１）
【００４０】
また、ＣａＣＯ３の分解は、下記の式（２）により表される。
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２（吸熱）  ・・・（２）
【００４１】
さらに、ＣｕＯの還元は、下記の式（３）により表される。
２ＣｕＯ→Ｃｕ２Ｏ＋１／２Ｏ２      ・・・（３）
【００４２】
図２に示すように、温度が低いほどＣａＯはＣＯ２を吸収してＣａＣＯ３となり、温度が高いほどＣａＣＯ３が分解してＣａＯ及びＣＯ２となる。従って、ＣＯ２吸収塔１０１において、約４００℃〜約７００℃の温度条件下においてＣＯ２を吸収させることが好ましく、再生塔１０２においては約７００℃〜約９５０℃の温度条件下においてＣａＣＯ３を分解させることが好ましい。
【００４３】
図３に示すように、ＣｕＯは、再生塔１０２における７００℃〜９５０℃の温度条件下において、酸素分圧が約０．００１ａｔｍ以下である場合に、還元型であるＣｕ２Ｏとなる。従って、再生塔１０２において、ＣｕＯを還元しやすくするために、酸素分圧が０．００１ａｔｍ以下の低酸素分圧条件であることが好ましい。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。また、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００４５】
図４は、実施例に係るＣＯ２吸収方法を示す模式図である。本実施例におけるＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３として、それぞれ内径６０ｍｍ、高さ５１０ｍｍの石英ガラス製の循環流動層とした。また、ガス処理媒体として、ＣａＯを４５重量％、ＣｕＯを４０重量％、及び接着剤としてセメントを１５重量％含有する混合粒子とした。
【００４６】
ＣＯ２を含有する排ガスや燃料を導入する前に、予め、ＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３の三塔間でガス処理媒体を窒素ガスで流動循環させながら、ＣＯ２吸収塔１０１を４００℃、再生塔１０２を８５０℃、及び燃焼塔１０３を７００℃まで昇温した。
【００４７】
温度が安定した後、ＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３への供給ガスを、窒素からそれぞれの反応ガスに切り替えた。すなわち、ＣＯ２吸収塔１０１にＣＯ２を１５％含有するガスを供給し、再生塔１０２にメタンを２０％含有する燃料を供給し、燃焼塔１０３に酸素を２１％含有する酸素を供給した。
【００４８】
ＣＯ２吸収塔１０１において、ＣａＯは、外部より供給されたＣＯ２を吸収してＣａＣＯ３（炭酸塩）を生成する。生成したＣａＣＯ３、未反応のＣａＯ、及びＣｕＯが、再生塔１０２に導入される。また、ＣＯ２が吸収されることによりＣＯ２濃度が減少したガスが排ガスとしてＣＯ２吸収塔１０１から排出される。
【００４９】
再生塔１０２において、８５０℃という高温条件下及び低酸素分圧条件下であることにより、ＣｕＯが還元されて酸素を放出し、Ｃｕ２Ｏ及び酸素を生成する。これにより、当該酸素と燃料との燃焼反応が起き、反応熱が発生する。当該反応熱を利用することで、吸熱反応であるＣａＣＯ３の分解が生じ、ＣａＯ及びＣＯ２が再生される。ＣｕＯが還元されて生成したＣｕ２Ｏ、未反応のＣｕＯ、及びＣａＣＯ３が分解されて生じたＣａＯが、燃焼塔１０３に導入される。ＣａＣＯ３の分解により再生したＣＯ２は再生塔１０２から排出され、回収される。
【００５０】
次に、燃焼塔１０３において、Ｃｕ２Ｏが空気中の酸素により酸化され、ＣｕＯが再生される。酸素濃度が減少した剰余の空気は、燃焼塔１０３から排出される。また、図４に点線で示した矢印のように、再生されたＣｕＯ及びＣａＯが再びＣＯ２吸収塔１０１に導入されることにより、ＣｕＯ及びＣａＯが循環する。
【００５１】
上記のＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３における反応を、４時間連続で実施した。また、同時にＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び空気燃焼塔１０３から排出されるガスの組成を連続的に分析した。ＣＯ２吸収塔１０１、再生塔１０２及び燃焼塔１０３から排出されるガスの組成は、それぞれ図４に示した。
【００５２】
（排ガスの組成の分析結果）
図４に示すように、ＣＯ２吸収塔１０１から排出されるガス中のＣＯ２濃度は約９％であった。このことから、ＣａＯによるＣＯ２の連続吸収が実現できたことがわかる。また、再生塔１０２から排出されるガス中のＣＨ４の濃度は約１％であり、再生塔１０２に供給されたガスにおける濃度よりも低下していた。再生塔１０２から排出されるガス中のＣＯ２の濃度は２９％であり、ＣＯ２吸収塔１０１に供給されたガスにおけるＣＯ２濃度よりも増加していた。このことから、ＣＯ２を高濃度で回収することができたといえる。さらに、燃焼塔１０３から排出されるガス中のＯ２の濃度は約１５％であり、燃焼塔１０３に供給されたガスにおける濃度よりも低下していた。このことから、燃焼塔１０３においてＣｕ２Ｏが酸化されることによりＣｕＯが再生できたことがわかる。
【００５３】
以上のように、本発明に係るＣＯ２回収方法によれば、固体のガス処理媒体を用いているため汚染水が出ず、１つの装置内で連続的にＣＯ２を回収することができるためエネルギー損失が少なく、且つ高濃度でＣＯ２を回収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、石炭火力発電、産業ボイラ、石炭ガス化などの排ガスからＣＯ２を分離回収することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１                ガス処理媒体
１００            三塔式循環流動層ガス化装置（ガス処理装置）
１０１            ＣＯ２吸収塔（ＣＯ２吸収手段）
１０２            再生塔（炭酸塩分解手段）
１０２ａ          排出口（ＣＯ２回収手段）
１０３            燃焼塔（酸素キャリア酸化手段）
１０４            ライザー
１０５            サイクロン（分離手段）
１０６〜１０８    ループシール
１０９〜１１０    熱交換器
１１１            熱交換器（ＣＯ２回収手段）
【図１】
2018058002.tif 000003
【図２】
2018058002.tif 000004
【図３】
2018058002.tif 000005
【図４】
2018058002.tif 000006