(57)【要約】      （修正有）【課題】気体中のＣＯ２の除去に有用なハニカム形状収着剤構造体、及びこの収着剤構造体をＣＯ２の脱離温度より高い温度まで加熱し再生する方法の提供。【解決手段】総細孔体積の少なくとも２０％が５ナノメートル以上の細孔径を有する多孔質セル壁によって画成されたセルを含む、ハニカム形状の連続活性炭体と、添加剤とからなる収着剤構造体３０４であって、該添加剤は収着剤構造体３０４におけるＣＯ２の収着を促進するための塩基等であり、また、前記連続活性炭体は多孔質セル壁内に導電性ドーパント材料を含んでおり、電源３０８から導線３０６を介して通電することにより、収着剤構造体３０４が均一に通電加熱され、収着剤構造体３０４の再生が行われるように構成される、ハニカム形状収着剤構造体。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの多孔質セル壁によって画成された少なくとも１つのセルを含むと共に、該少なくとも１つの多孔質セル壁内に導電性ドーパント材料を含む、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体、および
前記フロースルー型基体上に設けられた添加剤、
を含む収着剤構造体であって、
前記収着剤構造体は、前記導電性ドーパント材料を介する電流の伝導により均一に加熱されるように構成されるものであり、
前記フロースルー型基体が、総細孔体積の少なくとも２０％が、５ナノメートル以上の細孔径を有する細孔からなる総細孔体積を有するものであり、
前記添加剤が前記収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものであることを特徴とする収着剤構造体。
【請求項２】
前記フロースルー型基体がハニカムであることを特徴とする請求項１記載の収着剤構造体。
【請求項３】
前記添加剤が塩基であることを特徴とする請求項１記載の収着剤構造体。
【請求項４】
請求項１記載の収着剤構造体を製造する方法であって、
少なくとも１つの多孔質セル壁によって画成された少なくとも１つのセルを含むと共に、該少なくとも１つの多孔質セル壁内に導電性ドーパント材料を含む、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体を提供し、
前記フロースルー型基体に添加剤を施す、
各工程を有してなり、
前記収着剤構造体は、前記導電性ドーパント材料を介する電流の伝導により均一に加熱されるように構成されるものであり、
前記フロースルー型基体が、総細孔体積の少なくとも２０％が、５ナノメートル以上の細孔径を有する細孔からなる総細孔体積を有するものであり、
前記添加剤が前記収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものであることを特徴とする方法。
【請求項５】
ガスからＣＯ2を除去する方法であって、
請求項１記載の収着剤構造体を提供し、
前記収着剤構造体を、ＣＯ2を含むガスと接触させる、
各工程を有してなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスからの二酸化炭素の除去に有用な、ハニカムなどの収着剤構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度が、ハリケーンや洪水などの自然災害の機会を増やす地球温暖化との強い相関性を示すことが広く知られている。発電所は、人間の活動に関連する全てのＣＯ2放出の約三分の一に寄与し、各発電所は百万トンのＣＯ2を放出し得る。その上、石油精製所、セメント工場、および鉄鋼生産プロセスなどの他の産業も、各プラントから多量のＣＯ2を放出する。これらの放出は、ＣＯ2を捕捉し貯蔵することによって、基本プロセスに大きな変更を行わずに、実質的に減少させることができるであろう。
【０００３】
ＣＯ2放出は、発電所の効率を増加させることや、石炭を天然ガスに切り換えることなど、多くの方法で減少させることができる。しかしながら、これらの方法のみでは、所望のＣＯ2放出レベルは達成されないであろう。多量のＣＯ2放出は石化燃料の燃焼から生じるので、石化燃料の燃焼から生じるＣＯ2の隔離が、総ＣＯ2放出レベルの制御に重要な役割を果たし得る。ＣＯ2の隔離は、発生源から放出されたＣＯ2を捕捉し、次いで、数百年またはさらには数千年に亘り留まり得る捕捉したＣＯ2をしっかりと貯蔵する技術を称する。枯渇した石油やガスの貯蔵所、深海の塩分帯水層、および採掘不能な石炭層などの地球表面下や海中の貯蔵所が、今日のＣＯ2貯蔵に使用される一般的な場所である。
【０００４】
主要な石化燃料の燃焼から生成されたＣＯ2の捕捉に関して、燃焼後、燃焼前およびオキシ燃料燃焼の３つの主要な手法がある。燃焼前ＣＯ2捕捉は、最初に燃料を一酸化炭素および水素に転化させる石化燃料の燃焼のガス化に使用され、次いで、一酸化炭素が第２の反応装置（「シフト反応装置」）内で蒸気と反応して、追加の水素およびＣＯ2を生成する。最後に、ＣＯ2ガスは、無炭素エネルギー担体であって、電力および／または熱を生成するために燃焼させられる水素から、分離される。燃焼前方法は、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）技術を利用した発電所に適しているであろう。
【０００５】
オキシ燃料燃焼法は、空気は使用しないが、燃料燃焼酸化剤として、空気から分離された酸素を使用する。酸素の豊富な燃焼により、高ＣＯ2濃度（８０体積％超）および水蒸気が生じる。水蒸気は、ガス流を冷却し、圧縮することによって、凝縮され得、残されるものは、主にＣＯ2である。空気から酸素を分離する要件のために、オキシ燃料燃焼システムのエネルギー効率が減少する。その上、オキシ燃料燃焼システムでは、ＣＯ2が貯蔵部に送られる前に、燃料ガスから空気汚染物質および非凝縮ガス（窒素などの）を除去する必要がある。オキシ燃料燃焼を使用するボイラーシステムは実証段階にある。
【０００６】
燃焼後ＣＯ2捕捉の利点は、ボイラーの設計を大きく変更せずに、ＣＯ2捕捉システムを後付けするのが容易であることである。現代の石炭火力発電所または天然ガス複合サイクル（ＮＧＣＣ）発電所について、液体溶媒ＣＯ2捕捉システムが、燃焼後ＣＯ2捕捉溶液として一般に使用されており、これは典型的に、ＣＯ2（典型的に、燃焼排ガス流中に３〜１５体積％）を捕捉するためにモノエタノールアミン（ＭＥＡ）などの有機アミンを使用する。このシステムは、通常、ＳＯ2気体洗浄装置の下流に取り付けられる。ＣＯ2は酸性ガスまたは弱酸であるので、ＭＥＡとの反応により吸着される。この弱酸−弱塩基反応は可逆性であり、ＣＯ2およびＭＥＡは、加熱の際に回収できる。典型的なシステムは、ＣＯ2が捕捉される「吸着塔」およびＣＯ2がＭＥＡから分離される「ストリッパ」からなる。燃焼後システムは、９５％までのＣＯ2を除去できる。ＭＥＡ系燃焼後ＣＯ2捕捉システムは市販されているが、そのシステムの動作で多量のエネルギーが消費される。ＭＥＡ系システムの他の欠点は、有機塩基の腐食性および揮発性である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願の発明者等は現在、例えば、石炭火力発電所またはＮＧＣＣ発電所の燃焼排ガス流からＣＯ2を除去するために使用できる新規の収着剤構造体を開発した。そのような構造体は、例えば、低い圧力降下、高表面積、および燃焼後ＣＯ2捕捉を提供するであろう。
【０００８】
第１の実施の形態は、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体；およびこのフロースルー型基体上に設けられた添加剤を含む収着剤構造体であって、この添加剤が収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものである収着剤構造体である。
【０００９】
第２の実施の形態は、収着剤構造体を製造する方法であって、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体を提供し、このフロースルー型基体に添加剤を施す各工程を有してなり、この添加剤が収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものである方法である。
【００１０】
第３の実施の形態は、ガスからＣＯ2を除去する方法であって、収着剤構造体を提供し、これを、ＣＯ2を含むガスと接触させる各工程を有してなる方法である。
【００１１】
第４の実施の形態は、収着剤構造体からＣＯ2の少なくとも一部を脱離させる方法であって、その上に収着されたＣＯ2を有する収着剤構造体を提供し、それを、ＣＯ2の脱離温度より高い温度まで加熱する各工程を有してなる方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】ＣＯ2除去および収着剤再生のためのシステム構成の１つの実施の形態を示す説明図
【図１Ｂ】ＣＯ2除去および収着剤再生のためのシステム構成の別の実施の形態を示す説明図
【図２】ＣＯ2除去および収着剤再生のためのシステム構成のさらに別の実施の形態を示す説明図
【図３】収着剤構造体からＣＯ2のＥＳＡ脱離のために構成された収着剤構造体の実施の形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の実施の形態は、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体；およびこのフロースルー型基体上に設けられた添加剤を含む収着剤構造体であって、この添加剤が収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものである収着剤構造体である。
【００１４】
「連続活性炭体」という用語は、結合剤によって互いに結合された不連続の炭素粒子の塊ではなく、炭素の連続した一体構造を称する。以下にさらに論じるように、そのような物体は、連続活性炭に加え、無機または有機材料およびさらには粒状炭素などの任意の適切な充填剤をさらに含んでもよい。連続活性炭体収着剤構造体は、例えば、合成高分子炭素含有物質を炭化により連続炭素構造に転化させ、次いで、連続炭素構造を活性化することによって、誘導することができる。
【００１５】
連続活性炭体は、不連続活性炭から製造された物体よりも優れた利点を１つ以上有し得る。活性炭粒子から製造された物体は、永久的結合剤によって互いに結合されなければならないのに対し、樹脂由来の活性炭体は、例えば、連続炭素から製造され、永久的結合剤を必要としない。連続炭素構造は、強力かつ耐久性であり、大流量化学プロセスに使用できる。そのような物体は、液体流中においても耐久性を有する。活性炭粒子から製造された物体は、有機溶媒中において、また多くの場合には、水中において耐久性ではないであろうし、構造体を互いに保持する結合剤は、しばしば水溶性である。
【００１６】
ここに用いた「フロースルー型基体」という用語は、流体流が物体を通って流れることのできる真っ直ぐまたは蛇行した通路および／または多孔質網目構造などの、内部通路を含む成形体である。フロースルー型基体は、入口端から出口端まで、少なくとも１ｃｍ、少なくとも２ｃｍ、少なくとも３ｃｍ、少なくとも４ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも６ｃｍ、少なくとも７ｃｍ、少なくとも８ｃｍ、少なくとも９ｃｍ、または少なくとも１０ｃｍのフロースルー方向の寸法を有する。
【００１７】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、入口端、出口端、および入口端から出口端まで延在する内部通路を有するハニカム構造体を有する。ある実施の形態において、ハニカムは、入口端から出口端まで延在する多数のセルを含み、そのセルは、交差するセル壁により画成される。ハニカム基体は、必要に応じて、流体流とセル壁との間の接触をより緊密にできる壁流通型構造体を提供するために、１つ以上の選択的に施栓されたハニカム基体セル端を含んで差し支えない。
【００１８】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、１００ｍ2／ｇ以上、２００ｍ2／ｇ以上、３００ｍ2／ｇ以上、４００ｍ2／ｇ以上、または５００ｍ2／ｇ以上の表面積を有する表面を含む。
【００１９】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、総細孔体積の少なくとも２０％が、５ナノメートル以上の細孔径を有する細孔からなる総細孔体積を有する。別の実施の形態において、フロースルー型基体は、総細孔体積の２０％から７０％が、５ナノメートルから２０マイクロメートルの範囲にある細孔径を有する細孔からなる総細孔体積を有する。別の実施の形態において、フロースルー型基体は、総細孔体積の２０％から７０％が、２マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲にある細孔径を有する細孔からなる総細孔体積を有する。基体材料の細孔は、他の細孔と接続および／または交差して、基体内の細孔の蛇行した網目構造を形成する細孔により特徴付けられる「相互接続細孔」を形成するであろう。
【００２０】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、６セル毎平方インチ（ｃｐｓｉ）から１２００ｃｐｓｉ（約０．９６から１９２セル毎平方センチメートル）、例えば、５０ｃｐｓｉから９００ｃｐｓｉ（約０．８から１４４セル毎平方センチメートル）、例えば、１００ｃｐｓｉから６００ｃｐｓｉ（１６から９６セル毎平方センチメートル）に及ぶセル密度を有する。
【００２１】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、０．００１インチから０．０５０インチ（約０．０２５から１．２５ｍｍ）、例えば、０．００２インチから００２５インチ（約０．０５０から０．６２５ｍｍ）に及ぶ通路壁厚を有する。
【００２２】
添加剤がフロースルー型基体上に施され、それによって、フロースルー型基体のＣＯ2収着能力が向上する。ある実施の形態において、添加剤は塩基である。弱塩基は、ある用途では最も望ましいであろう。何故ならば、ＣＯ2と強塩基との強力相互作用により、収着剤構造体からのＣＯ2の後の脱離が難しくなるかもしれないからである。有機および無機アミンが弱塩基の一例である。無機塩基を添加剤として提供してもよい。無機塩基の例としては、遷移金属酸化物、例えば、酸化亜鉛、酸化鉄、または酸化銅が挙げられる。いくつかの実施の形態において、有機または無機塩溶液、例えば、硝酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、マレイン酸塩およびコハク酸塩の水溶液を添加剤として提供してもよい。
【００２３】
ある実施の形態において、フロースルー型基体は、フロースルー型基体の全てまたは一部分に亘り分布したものなどの、導電性ドーパント材料を含む。いくつかの実施の形態において、そのドーパントは、フロースルー型基体の曝露表面上のみに配置されているのではなく、基体構造体内に緊密に埋め込まれることによって、フロースルー型基体全体に亘り分布している。例えば、多孔質セル壁により画成された複数のセルを含むハニカム構造体内に、ドーパントは、セル壁内（通路壁表面上だけでなく）に存在し得、また細孔を画成する構造体内（曝露された細孔表面上だけでなく）に存在し得る。
【００２４】
例示の導電性材料は、ＣＯ2捕捉プロセスおよび収着剤構造体の再生プロセス中に耐酸化性であるものである。例示の導電性材料としては、グラファイト、活性炭、ニッケル金属粉末、およびチタン金属粉末が挙げられる。フロースルー型基体は、無機または有機材料およびさらには粒状炭素などの任意の適切な充填剤を含んでもよい。
【００２５】
第２の実施の形態は、収着剤構造体を製造する方法であって、フロースルー型基体の形態にある連続活性炭体を提供し、このフロースルー型基体に添加剤を施す各工程を有してなり、この添加剤が収着剤構造体上でのＣＯ2の収着を促進できるものである方法である。
【００２６】
連続活性炭体を含む収着剤構造体は、例えば、炭素前駆体を含むバッチ組成物を提供し、このバッチ組成物をフロースルー型基体の形状に成形し、必要に応じて組成物を硬化させ、組成物を炭化させ、炭化した組成物を活性化させることによって、製造してもよい。
【００２７】
この方法に使用される炭素前駆体は、１種類の前駆体材料または２種類以上の前駆体材料の混合物を含み得る。炭素前駆体の例としては、合成炭素含有高分子材料が挙げられる。ある実施の形態において、バッチ組成物は、炭素前駆体としての有機樹脂を含む。例示の有機樹脂としては、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂（例えば、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールなど）が挙げられる。フェノール樹脂またはフラン樹脂などのフルフラールアルコール系樹脂等の合成高分子材料を使用してよい。例示の適切なフェノール樹脂は、プリオフェン樹脂などのレゾール樹脂である。例示の適切なフラン液体樹脂は、米国、インディアナ州所在のQO Chemicals Inc.社からのＦｕｒｃａｂ−ＬＰである。例示の固体樹脂は固体フェノール樹脂またはｎｏｖｏｌａｋである。
【００２８】
バッチ組成物は、必要に応じて、不活性無機充填剤、（炭化性または非炭化性）有機充填剤、および／または結合剤も含んでよい。無機充填剤は、酸化物ガラス；酸化物セラミック；または他の耐火材料を含み得る。使用できる例示の無機充填剤としては、粘土、ゼオライト、タルクなどの酸素含有鉱物またはその塩、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、カオリン（アルミノケイ酸塩粘土）、フライアッシュ（発電所における石炭燃焼後に得られるアルミノケイ酸塩灰分）などのアルミノケイ酸塩、ケイ酸塩、例えば、ウォラストナイト（メタケイ酸カルシウム）、チタン酸塩、ジルコン酸塩、ジルコニア、ジルコニアスピネル、ケイ酸アルミニウムマグネシウム、ムライト、アルミナ、アルミナ三水和物、ベーマイト、スピネル、長石、アタパルガイト、およびアルミノケイ酸塩繊維、コージエライト粉末、ムライト、コージエライト、シリカ、アルミナ、他の酸化物ガラス、他の酸化物セラミック、または他の耐火材料が挙げられる。
【００２９】
細孔を後に残すために炭化中に焼き尽くされる、または細孔を後に残すために形成済みフロースルー型基体から浸出される、一時的充填剤などの追加の充填剤を使用してもよい。そのような充填剤の例としては、高分子ビーズ、ワックス、デンプン、および当該技術分野で公知の様々な天然または合成材料が挙げられる。
【００３０】
例示の有機結合剤としては、セルロース化合物が挙げられる。セルロース化合物としては、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、およびそれらの混合物などのセルロースエーテルが挙げられる。メチルセルロース結合剤の一例は、Dow Chemical Company社から販売されているＭＥＴＨＯＣＥＬ  Ａである。ヒドロキシプロピルメチルセルロース結合剤の一例としては、これもDow Chemical Company社から販売されているＭＥＴＨＯＣＥＬ  Ｅ，Ｆ，Ｊ，Ｋが挙げられる。Dow Chemical Company社から販売されているＭＥＴＨＯＣＥＬ  ３１０シリーズの結合剤も、本発明の関係において使用して差し支えない。ＭＥＴＨＯＣＥＬ  Ａ４Ｍは、ラム押出機に使用するための結合剤の一例である。ＭＥＴＨＯＣＥＬ  Ｆ２４０Ｃは、二軸スクリュー型押出機に使用するための結合剤の一例である。
【００３１】
バッチ組成物は、必要に応じて、成形助剤を含んでもよい。例示の成形助剤としては、石鹸、オレイン酸、リノール酸などの脂肪酸、ステアリン酸ナトリウム等、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルなど、およびそれらの組合せが挙げられる。バッチの押出および硬化特性を改善するために有用であり得る他の添加剤は、リン酸および油である。例示の油としては、パラフィン系および／または芳香族類および／または脂環式化合物を含有する、２５０から１０００の分子量を有する石油が挙げられる。いくつかの有用な油は、3M Co.からの３  ｉｎ  １  ｏｉｌまたはニュージャージー州、ウェーン所在のReckitt and Coleman Inc.からの３  ｉｎ  １  ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ  ｏｉｌである。他の有用な油としては、ポリ（アルファオレフィン）系合成油、エステル、ポリアルキレングリコール、ポリブテン、シリコーン、ポリフェニルエーテル、ＣＴＦＥオイル、および他の市販の油が挙げられる。ヒマワリ油、ゴマ油、ピーナッツ油、大豆油などの植物性油も有用である。
【００３２】
硬化性有機樹脂を含むものなどのバッチ組成物は、必要に応じて、任意の適切な条件下で硬化されてもよい。硬化は、たとえば、大気圧での空気中において、典型的に、組成物を約０．５から約５．０時間に亘り、７０℃から２００℃の温度で加熱することによって、行って差し支えない。ある実施の形態において、組成物は、段階的に低温から高温に、例えば、７０℃から、９０℃へ、次に１２５℃へ、そして１５０℃へ加熱され、各温度は、ある期間に亘り保持される。それに加え、硬化は、酸性添加剤などの硬化性添加剤を加えることによって室温で行っても差し支えない。
【００３３】
次いで、組成物に炭化工程を施して差し支えない。例えば、組成物をＯ2欠乏雰囲気内で高温の炭化温度に曝して、この組成物を炭化してもよい。炭化温度は、６００℃から１２００℃、ある実施の形態においては７００℃から１０００℃に及び得る。炭化雰囲気は、不活性であり得、Ｎ2、Ｎｅ、Ａｒ、それらの混合物などの非反応性ガスを主に含む。Ｏ2欠乏雰囲気内での炭化温度で、バッチ混合物物体中に含まれる有機物質が分解して、炭質残留物を残し得る。
【００３４】
次いで、炭化した組成物を活性化させてもよい。炭化したバッチ混合物物体は、例えば、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2とＨ2Ｏとの混合物、ＣＯ2と窒素の混合物、Ｈ2Ｏと窒素との混合物、およびＣＯ2と別の不活性ガスとの混合物から選択されるガス状雰囲気中において、例えば、ＣＯ2および／またはＨ2Ｏ含有雰囲気中の高温活性化温度で、活性化させてもよい。この雰囲気は、実質的に純粋なＣＯ2またはＨ2Ｏ（水蒸気）、ＣＯ2とＨ2Ｏとの混合物、またはＣＯ2および／またはＨ2Ｏの窒素および／またはアルゴンなどの不活性ガスとの組合せであってよい。ＣＯ2と窒素の混合物を使用してよく、例えば、ＣＯ2含有量は２％以上ほどと低い。典型的に、ＣＯ2含有量が５〜５０％であるＣＯ2と窒素との混合物を使用して、加工費を減少させてもよい。活性化温度は、６００℃から１０００℃、ある実施の形態においては６００℃から９００℃に及び得る。この工程中、炭化されたバッチ混合物物体の炭質構造体の一部は、穏やかに酸化され：
ＣＯ2（気体）＋Ｃ（固体）→２ＣＯ（気体）
Ｈ2Ｏ（気体）＋Ｃ（固体）→Ｈ2（気体）＋ＣＯ（気体）
炭質物体の構造体がエッチングされ、ナノスケールおよびマイクロスケールで複数の細孔を画成し得る活性炭マトリクスが形成される。活性化条件（時間、温度、および雰囲気）は、所望の比表面積を有する最終生成物を製造するように調節することができる。
【００３５】
フロースルー型基体は、どのような適切な技法を使用して形成してもよい。ある実施の形態において、バッチ混合物は、押出しなどの任意の適切な技法により、ある形状、例えば、ハニカムに形成することができる。押出しは、様々な形状および寸法のハニカムを製造するために、標準的な押出機（ラム押出機、一軸スクリュー、二軸スクリューなど）および注文製造された押出ダイを使用することによって行うことができる。例示のフロースルー型基体および押出技法が、ここにその内容を引用する、米国特許第５８２０９６７号および同第６１８７７１３号の各明細書に開示されている。
【００３６】
収着剤構造体上のＣＯ2の収着を向上させられる添加剤は、どのような適切な技法を使用して、フロースルー型基体に施してもよい。その例としては、硝化−アミノ化、アミノ−シラングラフト化、ウォッシュコーティング、およびジアゾニウムプロセスが挙げられる。
【００３７】
ある実施の形態において、添加剤は、硝化−アミノ化プロセスを使用して提供される。活性炭体は、濃硫酸および硝酸で処理し、ニトロ基（−ＮＯ2）を活性炭体の表面に導入する。次いで、このニトロ基を、粉末鉄および塩化水素酸の反応により還元して、アミノ基を生成する。
【００３８】
別の実施の形態において、添加剤は、アミノ−シラングラフト化プロセスを使用して提供してもよい。アミノ−シラン、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノフェニルトリメトキシシラン、およびトリス（ジメチルアミノ）クロロシランが、０．１から２０質量％のアミノシランを含有する撹拌溶液中に活性炭体を浸漬することによって、この物体にグラフト化される。次いで、収着されたシランを含む活性炭体を１００℃から１５０℃の範囲にある温度で２４時間に亘り加熱して、アミノ−シランを表面にグラフト化させる。
【００３９】
別の実施の形態において、添加剤は、金属酸化物、例えば、酸化亜鉛、酸化鉄、および酸化銅を含む遷移金属酸化物のウォッシュコーティングにより提供してもよい。この酸化物は、遷移金属酸化物を含むスラリーを使用することによって、活性炭体上に被覆される。別の実施の形態において、添加剤は、１種類以上の有機または無機塩溶液、例えば、炭酸亜鉛、酢酸鉄、およびクエン酸銅を含む遷移金属塩の溶液の含侵により提供してもよい。有機または無機塩溶液の他の例としては、硝酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸、およびコハク酸の水溶液が挙げられる。次いで、塩で被覆された活性炭体を３０℃から９００℃の範囲の温度に加熱して、塩を分解し、酸基を除去する。
【００４０】
別の実施の形態において、添加物は、ジアゾニウムプロセスを使用して提供してもよい。第２級または第３級アミン置換またはニトロ基置換アニリンが硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ2）と反応して、ジアゾニウムを形成する。ジアゾニウムは、不安定であり、ニトロ基置換ベンゼンラジカルを形成する。このラジカル基は、非常に反応性が高く、活性炭と直ちに反応する。それゆえ、前記置換ベンゼンは活性炭体の表面に結合することができる。ニトロ基は、粉末鉄および塩化水素酸の反応によりアミン基に還元される。第２級および第３級アミン置換ベンゼンのさらに別の反応は必要ない。
【００４１】
第３の実施の形態は、ガスからＣＯ2を除去する方法であって、収着剤構造体を提供し、これを、ＣＯ2を含むガスと接触させる各工程を有してなる方法である。例えば、ガス流を、入口端から出口端まで、ハニカムなどのフロースルー型基体の内部通路に通過させてもよい。このガスは、気体中の固体粒子、ガス流中の液体の液滴などの、別の相を含有してもよい。ガス流の例としては、石炭火力発電所、天然ガス複合サイクル発電所、または多量のＣＯ2を生成する他の設備の燃焼排ガス流が挙げられる。ＣＯ2の収着は、どのような適切な条件下で行われてもよい。例えば、ある実施の形態において、ＣＯ2の収着は８０℃までの温度で起こる。
【００４２】
「収着」および「収着された」などの用語は、吸収、吸着、または物理的、化学的、または物理的と化学的の両方いずれかの、ＣＯ2のフロースルー型基体上への他の取込みを称する。
【００４３】
ある実施の形態において、収着剤構造体は、ガスから少なくとも５０％、少なくとも７０％、または少なくとも９０％のＣＯ2を除去する。
【００４４】
第４の実施の形態は、収着剤構造体からＣＯ2の少なくとも一部を脱離させる方法であって、その上に収着されたＣＯ2を有する収着剤構造体を提供し、それを、ＣＯ2の脱離温度より高い温度まで加熱する各工程を有してなる方法である。収着されたＣＯ2の脱離は、収着剤構造体の再生と称してもよい。収着剤構造体は、どのような適切な方法により加熱しても差し支えない。例えば、ある実施の形態において、収着剤構造体は、窒素などの高温の不活性ガスの流れにより加熱しても差し支えない。あるいは、不活性ガスの流れは、燃焼システムから得られた１種類以上の燃焼排ガスを含んでも差し支えない。例えば、温度スイング吸着（ＴＳＡ）を使用してもよく、これは、吸着には低温の使用を、脱離には高温の使用を含む。別の実施の形態において、収着剤構造体は、収着剤構造体の一部分に亘り十分な電圧を印加して、収着剤構造体の抵抗加熱を提供することによって加熱しても差し支えない。これは電気スイング吸着（ＥＳＡ）としても知られている。さらにまた、収着剤構造体は、従来の炉または窯により加熱しても差し支えない。
【００４５】
ＣＯ2を脱離するための十分な温度は、一部には、存在するＣＯ2の量に依存することを認識すべきである。ある実施の形態において、十分な温度は、収着剤構造体を、例えば、１００℃、１５０℃、１８０℃または２００℃を含む５０℃から３００℃の範囲の温度で加熱することを含んで差し支えない。別の実施の形態において、十分な加熱温度は、例えば、９０℃から２００℃、または９０℃から１８０℃を含む、これらの値から導かれる範囲内にあって差し支えない。
【００４６】
上述したように、ＥＳＡは、活性炭体の導電性をうまく利用し、電流を活性炭体に流す工程を含む再生技法の１つである。米国特許第６０９７０１１号明細書は、そのような技法のためのいくつかの例示の方法および材料を記載しており、ここに引用される。ＥＳＡはＴＳＡよりエネルギー効率的である。何故ならば、より大きくＥＳＡエネルギーが、収着剤−ＣＯ2結合を破壊するために直接吸収されるからである。炭素を通る電流の通路について、炭素は、物体の抵抗および印加される電圧に応じて、所定の温度まで熱くなる。収着剤構造体を通る電流を伝導することができるように導体が配置され、理想的にこの構造体を均一に加熱する。導体の実際の位置決めは、導体のタイプおよび装置の形状に依存する。本発明は、導体の任意の特定のタイプまたは寸法には制限されないが、電流が、ホットスポットを生じずに、装置を均一に加熱することが望ましい。
【００４７】
電圧および電流の要件は、用途に応じて様々であり、抵抗率は、以下の式：
ρ＝ＲＡ／Ｌ
にしたがって望ましく調節でき、ここで、ρはオーム・ｃｍで表された抵抗率であり、Ｒはオームで表された抵抗であり、Ａはｃｍ2で表された導体表面の面積であり、Ｌはｃｍで表された２つの導体表面間の距離である。
【００４８】
ＥＳＡ脱離３００のために構成された収着剤構造体の１つの実施の形態が図３に示されており、ここで、導電性金属３０２が収着剤構造体３０４の反対の表面に設けられている。反対の表面とは、導電性表面間の電流の通路により、炭素を均一に加熱する電流が生じるほど、物体の寸法にしたがって間隔が空いた表面を意味する。金属被覆側３０２を電源３０８に接続する導線３０６が示されている。抵抗率を測定するために、導電性表面３０２の間の距離がＬとして示されており、導電性表面の面積は、片側３０２の面積になるであろう。
【００４９】
導電性材料の例は、銅、銀、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、鉛、スズ、およびそれらの合金などの金属、特に、抵抗を最小にする高い導電性のために、銅である。
【００５０】
導体は、典型的に、導電性材料の細長い片または電極または収着剤構造体上の導電性材料の被覆の形態のいずれかである。電極が使用される場合、電極は、圧接、例えば、バネにより施されても差し支えない。もしくは、導電性金属の細長い片を使用し、例えば、Acme Chemiclas and Insulation Co.社からのＥ−ｓｏｌｅｒ＃３０１２および＃３０２１などの銀含有エポキシ等の導電性接着剤により、収着剤構造体に取り付けても差し支えない。
【００５１】
導電性被覆は、費用効果的であり、ホットスポットを避けるように均一な抵抗の通路を与える。
【００５２】
収着されたＣＯ2の少なくとも一部が、一度、活性炭収着剤構造体から化学的および／または物理的に脱離されたら、脱離されたＣＯ2は、廃棄流によって収着剤構造体から分離できる。ある実施の形態において、脱離されたＣＯ2を搬送するための適切な廃棄流は、窒素などの不活性ガスの流れを含み得る。さらにまた、脱離されたＣＯ2の少なくとも一部を含有する廃棄流は、所望であれば、脱離されたＣＯ2のその後の汚染除去または収集のためのＣＯ2収集装置に搬送しても差し支えない。収着剤構造体から脱離された任意のＣＯ2は、他の貯蔵機構またはプロセスによる後の封じ込めのために補助システム内に回収しても差し支えない。
【００５３】
ハニカムなどの本発明の任意の収着剤構造体は、任意の適切なシステム環境、例えば、石炭火力発電所または天然ガス複合サイクル発電所に組み込んでも、その中で使用してもよい。
【００５４】
収着剤構造体は、粒状物質浄化装置後で、排気筒の前に配置して差し支えない。ＳＯ2浄化装置が適所に配置されている場合、収着剤構造体は、ＳＯ2浄化装置の後に配置しても差し支えない。
【００５５】
上述した収着剤構造体のいずれの１つを、ＣＯ2除去および収着剤の再生のためにシステム構成中に組み込んでも差し支えない。例えば、図１Ａ、１Ｂおよび２は、収着剤構造体が使用されているプロセス流の重大な停止または中断を必要としない、収着剤構造体の中断されない、所望であれば、自動式の再生を示している。
【００５６】
図１Ａは、例えば、バッフルまたはシャッター弁１１２を使用して、特定の収着剤構造体に異なる流路［１０８および１１０］を通じてガス流を選択的に向けることのできる２つの収着剤構造体［１０２および１０４］のシステム１００を含む１つの実施の形態を示している。一方の収着剤構造体１０４は、ＣＯ2含有ガス１０６からＣＯ2を除去しており、その一方で、残りの収着剤構造体１０２は再生されているか、またはＣＯ2収着の準備ができている。ガス流は、収着剤構造体１０４を通過した後、排気筒１１６を通り続ける。ガス流は、収着剤構造体１０２を通過した後、ＣＯ2収集システム１１４に送られてもよい。
【００５７】
図１Ｂは、収着剤構造体１０２がＣＯ2含有ガス１０６からＣＯ2を除去しており、その間の残りの収着剤構造体１０４は上述したように再生されているか、またはＣＯ2収着の準備ができているように構成されたシステム１５０を示している。ガス流は、収着剤構造体１０２を通過した後、排気筒１１６を通り続ける。ガス流は、収着剤構造体１０４を通過した後、ＣＯ2収集システム１１４に送られてもよい。
【００５８】
図２は、脱離したＣＯ2を搬送するためのガス流１２４の異なる流路［１１８および１２０］を示すＣＯ2除去システム２００を示している。ガス流の通路は、例えば、旋回点１１９の周りで回転可能なバッフルまたはシャッター弁１２２により調節され、再生された収着剤構造体に向けられる。ガス流１２４は、例えば、上述したように収着剤構造体からのＣＯ2の熱脱離のために使用される、高温不活性ガスであってよい。あるいは、このガス流１２４は、単に、上述したＥＳＡ技法を使用して脱離されたＣＯ2の搬送ガスであってもよい。
【００５９】
図１Ａ、１Ｂおよび２は、旋回点［１１３および１１９］の周りで回転可能なシャッター弁［１１２および１２２］を備えた実施の形態を示しているが、適切な位置にある弁などの任意の適切な流動制御機構を使用してもよい。
【００６０】
本発明をその特定の例示の実施の形態を参照して詳しく説明してきたが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の広い精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変が可能であるので、本発明はそれらに制限されると考えるべきではないことが理解されよう。
【００６１】
別記しない限り、本明細書および特許請求の範囲に使用された全ての数は、そのように記載されていようとなかろうと、全ての場合において「約」という用語により修飾されていると理解すべきである。本明細書および特許請求の範囲に使用された正確な数値は、本発明の追加の実施の形態を形成することも理解すべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１００，１５０，２００    ＣＯ2除去システム
１０２，１０４，３０４    収着剤構造体
１１２，１２２    バッフルまたはシャッター弁
３０６    導線
３０８    電源
【図１Ａ】
2015128771.tif 000003
【図１Ｂ】
2015128771.tif 000004
【図２】
2015128771.tif 000005
【図３】
2015128771.tif 000006