(57)【要約】 【課題】  強吸着成分（ＳＡＣ）の充満したプロセス気体流の温度を約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間に調節して強吸着成分（ＳＡＣ）と他の気体成分を有するプロセス気体流から１以上の強吸着成分（ＳＡＣ）を除去する方法。【解決手段】  温度の調節されたプロセス気体流は、吸着剤への熱の伝達のため熱交換面に接触せしめられ、これにより、吸着されたＳＡＣの収集のための脱離を生起し、プロセス気体流を冷却し、そして冷却されたプロセス気体流から各凝縮物を除去する。冷却されたプロセス気体流は、それからのＳＡＣの吸着のために吸着剤の冷却された部分に接触せしめられ、ＳＡＣの抜けたプロセス気体流とＳＡＣの充満した吸着剤を生成する。脱離されたＳＡＣは、収集のため回収され、各吸着剤微粒子も収集のため回収される。【選択図】  図１
2008536682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強吸着成分（ＳＡＣ）と他の気体成分を有するプロセス気体流から１以上の強吸着成分（ＳＡＣ）を除去する方法であって、
（ａ）ＳＡＣの充満したプロセス気体流の温度を約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間に調節する過程、
（ｂ）前記温度の調節されたプロセス気体流を取って熱交換面と接触せしめて吸着剤に熱を伝達し、これにより、吸着されたＳＡＣの収集のための脱離と、前記プロセス気体流の冷却とを生起して、前記冷却されたプロセス気体流からいずれの凝縮物も除去する過程、
（ｃ）前記冷却されたプロセス気体流からＳＡＣを吸着するため前記冷却されたプロセス気体流を前記吸着剤の冷却された部分に接触して、ＳＡＣの抜けたプロセス気体流とＳＡＣの充満した吸着剤を生成する過程、
（ｄ）前記過程（ｂ）から、収集のため脱離されたＳＡＣを回収する過程、及び
（ｅ）各吸着剤微粒子を収集のため回収する過程とより成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
（ｃ１）過程（ｃ）からの前記冷却プロセス気体流を外部熱交換器表面と接触するように通過せしめ、該外部熱交換器表面の他側には冷却剤が通過して、約−２０゜Ｃと１２０゜Ｃの間のさらに冷却されたプロセス気体流を生成する過程を追加的に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｆ）プロセスの過程（ｃ）へ前記吸着剤を戻すための前記再生された吸着剤の十分な冷却のために、過程（ｃ）からの前記ＳＡＣの抜けたプロセス気体流を過程（ｂ）からの加熱された再生された吸着剤と接触するように通す過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｇ）プロセスの過程（ｃ）へ前記吸着剤を戻すための前記再生された吸着剤の一層の冷却のために、過程（ｆ）からの前記再生された吸着剤を、追加的冷却剤に接触せしめる過程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記吸着剤が、分子ふるい、酸化アルミニウム、シリカゲル、活性炭素、又はゼオライトの１以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ゼオライトの吸着剤が、Ａ，Ｄ，Ｌ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｘ，Ｙ，ＺＳＭの型、モルデナイト、又はシャプチロ沸石の１以上であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ゼオライトの吸着剤が、４Ａ，５Ａ，１３Ｘ，ＮａＹ，又はＺＳＭ−５の型の１以上であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ｇ）約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の温度を有する補助高温媒体を採用する過程、
（ｈ）前記補助高温媒体を、前記吸着剤と熱接触状態にある熱交換面に接触せしめて、前記熱交換面が前記補助高温媒体より前記吸着剤へ熱を伝達して、前記補助高温媒体を冷却する過程、及び
（ｉ）約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の温度で前記プロセス気体流を供給する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
プロセス気体流が、排煙流であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳＡＣが、ＣＯ２，ＮＯＸ，ＳＯＸ，又は水銀の１以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
過程（ｂ）が、前記温度の調節されたプロセス気体流と前記吸着剤の間の対向流接触によって達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸着剤は、前記吸着剤の下方への流れを遅らせるための複数の水平に配置された孔の開いたトレイの設けられた容器を通って下方へ通過し、その孔を介して前記吸着剤が隣接する下方のトレイへの通過が可能であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
強吸着成分（ＳＡＣ）と他の気体成分を有するプロセス気体流から１以上の強吸着成分（ＳＡＣ）を除去する方法であって、
（ａ）プロセス気体流の温度を約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間に調節する過程、
（ｂ）プロセス気体流を、吸着剤と熱接触状態にある第１の熱交換面に接触せしめ、前記第１の熱交換面は前記プロセス気体流から前記吸着剤へ熱を伝達して前記プロセス気体流を冷却し、露点温度に到達した場合に、前記プロセス気体流から凝縮物を選択的に除去する過程、
（ｃ）前記冷却プロセス気体流を外部熱交換器表面に接触するように選択的に通し、該外部熱交換器表面の他側では、冷却剤が通過して約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間のさらに冷却されたプロセス気体流を生成する過程、
（ｄ）前記プロセス気体流からＳＡＣを吸着するため、約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の前記プロセス気体流を前記吸着剤の冷却された部分に直接接触するように通して、ＳＡＣの抜けたプロセス気体流とＳＡＣの充満した吸着剤を生成する過程、
（ｅ）第２の熱交換面との熱接触を介して前記吸着剤を部分的に加熱し、該第２の熱交換面の他側は、第３の熱交換面との熱接触を介して高温の吸着剤によって加熱された流体と接触し、該流体はその後循環する過程、
（ｆ）前記第１の熱交換面との熱接触を介して前記吸着剤を完全に加熱し、これにより、吸着されたＳＡＣの脱離を生起し、脱離されたＳＡＣを収集のために回収する過程、
（ｇ）過程（ｆ）からの前記ＳＡＣの抜けた吸着剤を前記第３の熱交換面に接触するように通し、該第３の熱交換面の他側は、過程（ｅ）からの第２の熱交換面との熱接触を介する冷却吸着剤により冷却された冷却剤と接触し、それはその後循環させられ、プロセスの過程（ｃ）へ戻すために前記冷却剤を十分に冷却する過程、及び
（ｈ）いずれの微粒子をも収集のため回収する過程よりなることを特徴とする方法。
【請求項１４】
（ｉ）過程（ｃ）からの前記ＣＯ２の抜けたプロセス気体流を過程（ｂ）からの加熱された再生された吸着剤と接触するように通し、プロセスの過程（ｃ）へ戻すために前記ＣＯ２の抜けた吸着剤を十分に冷却する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記吸着剤が、分子ふるい、酸化アルミニウム、シリカゲル、活性炭素、又はゼオライトの１以上であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ゼオライトの吸着剤が、Ａ，Ｄ，Ｌ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｘ，Ｙ，ＺＳＭの型，モルデナイト、又はシャプチロ沸石の１以上であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ゼオライトの吸着剤が、４Ａ，５Ａ，１３Ｘ，ＮａＹ，又はＺＳＭ−５の型の１以上であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
（ｇ）約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の温度を有する補助高温媒体を採用する過程、
（ｈ）前記補助高温媒体を、吸着剤と熱接触状態にある熱交換面に接触せしめて、前記熱交換面が前記プロセス補助高温媒体より前記吸着剤へ熱を伝達して、前記補助高温媒体を冷却する過程、及び
（ｉ）約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の温度で前記プロセス気体流を供給する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
プロセス気体流が排煙流であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＳＡＣが、ＣＯ２，ＮＯＸ，ＳＯＸ，又は水銀の１以上であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
過程（ｄ）が、前記温度の調節されたプロセス気体流と前記吸着剤の対向流接触により達成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記吸着剤は、前記吸着剤の下方への流れを遅らせるための複数の水平に配置された孔の開いたトレイの設けられた容器を通って下方へ通過し、その孔を介して前記吸着剤が隣接する下方のトレイへの通過が可能であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
容器内に収納された吸着剤へのプロセス気体流の対向流接触によって強吸着成分（ＳＡＣ）に汚染されたプロセス気体流から強吸着成分（ＳＡＣ）を除去する方法であって、
（ａ）前記容器内へのプロセス気体流の受け入れのための下方気体入口と前記ＳＡＣの抜けた生成気体流の回収のための上方気体出口と上方吸着剤入口と前記容器からの使用済み吸着剤回収のための下方吸着剤出口を設ける過程、
（ｂ）前記吸着剤の下方への流れを遅らせるための複数の水平に配置された孔の開いたトレイであって、その孔を通って前記吸着剤が隣接する下方のトレイへの通過が可能な該トレイを前記容器に設置する過程、
（ｃ）前記下方気体入口を介して前記容器内に前記プロセス気体流を通す過程、
（ｄ）前記吸着剤入口を介して前記容器内に吸着剤を通す過程、
（ｅ）前記吸着剤が孔の開いたトレイから孔の開いたトレイへと下方に移動する際に、上方へと流れるプロセス気体流を前記吸着剤に接触せしめる過程、
（ｆ）前記上方気体出口を介して前記容器からＳＡＣの抜けたプロセス気体流を回収する過程、及び
（ｇ）前記下方の吸着剤出口を介して前記容器から前記ＳＡＣの豊潤な使用済み吸着剤を回収する過程から成ることを特徴とする方法。
【請求項２４】
（ｈ）前記ＳＡＣの豊潤な前記吸着剤と接触する表面を介しての伝達用の熱源からの熱を利用して、ＳＡＣのその後の収集のためＳＡＣの脱離を生起する過程を追加的に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記熱源が少なくとも前記プロセス気体流の一部を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
（ｋ）プロセスの過程（ｄ）へ戻すために前記ＳＡＣの抜けたプロセス気体流を十分に冷却するため、過程（ｆ）からの前記ＳＡＣの抜けたプロセス気体流を加熱された再生された吸着剤に接触するように通す過程をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記吸着剤が、分子ふるい、酸化アルミニウム、シリカゲル、活性炭素、又はゼオライトの１以上であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゼオライトの吸着剤がＡ，Ｄ，Ｌ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｘ，Ｙ，ＺＳＭの型，モルデナイト、又はシャプチロ沸石の１以上であることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ゼオライトの吸着剤が、４Ａ，５Ａ，１３Ｘ，ＮａＹ，又はＺＳＭ−５の型の１以上であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
（ｇ）約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の温度を有する補助高温媒体を採用する過程、
（ｈ）前記補助高温媒体を、吸着剤との熱接触状態にある熱交換面に接触させ、前記熱交換面は、熱を前記プロセス補助高温媒体より前記吸着剤に伝達して、前記補助高温媒体を冷却する過程、及び
（ｉ）約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の温度で前記プロセス気体流を供給する過程をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
プロセス気体流が排煙流であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＳＡＣがＣＯ２，ＮＯＸ，ＳＯＸ，又は水銀の１以上であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
過程（ｂ）が、前記の温度の調節されたプロセス気体流と前記吸着剤の間の対向流接触によって達成されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
プロセス気体流の吸着剤との対向流接触によって強吸着成分（ＳＡＣ）によって汚染されたプロセス気体流から強吸着成分（ＳＡＣ）を除去する装置であって、該装置は容器より成り、該容器は、
（ｉ）プロセス気体流を前記容器内に受け入れるための下方気体入口と、
（ｉｉ）前記ＳＡＣの抜けた生成気体流の回収のための上方気体出口と、
（ｉｉｉ）上方吸着剤入口と、
（ｉｖ）前記容器からの使用済み吸着剤の回収のための下方吸着剤出口と、
（ｖ）前記吸着剤の下方への流れを遅らせるための前記容器内に配置された複数の水平に配置された孔の開いたトレイであって、その孔を通って前記吸着剤が隣接する下方のトレイに通過可能なトレイと、
（ｖｉ）前記上方吸着剤入口を通って前記容器に前記吸着剤を戻すための前記下方吸着剤出口から吸着剤を搬送する戻し経路であって、前記容器内に形成されるいずれの微粒子をも除去するための寸法選択的ふるいを備えた該戻し経路とを有することを特徴とする装置。
【請求項３５】
前記容器が、（ｖｉｉ）プロセス気体の冷却のためにプロセス気体を回収する中間プロセス気体出口と、
（ｖｉｉｉ）前記吸着剤の冷却のため冷却された生成気体の前記吸着剤との接触を可能とする冷却されたプロセス気体の入口とを追加的に含むことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記容器が、
（ｉｘ）前記戻し経路（ｖｉ）によって前記容器から回収される前記吸着剤を冷却するため前記冷却されたプロセス気体入口（ｖｉｉｉ）に隣接して前記容器内に配置された第２の熱交換面と流体連通状態にある、前記戻し経路内に配置された第１の熱交換面を追加的に含むことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記戻し経路（ｖｉ）は、その中の前記吸着剤の冷却のため熱伝達媒体と熱接触状態にあることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排煙（煙道ガス）から二酸化炭素（ＣＯ２）を捕捉して濃度を増す吸着器であって、吸着剤の加熱によって再生を生ずる特異な移動床を有する吸着器に関する。この型式のシステムは、取込みと放出の際に吸着剤の温度が同期的に繰り返されるので、一般的に温度スイング吸収（ＴＳＡ）と称される。この特定型式のＴＳＡコンセプトには、吸着剤の移動床が含まれる。これは、例えば、同様の目的を達成するべく採用される固定床（静止吸着剤）よりも高い効率、低い熱質量、低い熱損失及び低いコストのような、有意義な利点を提供する。この型式の吸着器は、排煙が少なくとも３％の二酸化炭素を含み、そして、排煙が１時間当たり少なくとも１，０００標準立法フィートの場合に特に適用に良好に適合する。
【０００２】
この発明は、また、例えば、空気含有ＳＯ２、天然ガス又は過剰のＣＯ２を含有する埋立地での排出ガス、空気乾燥、及び炭化水素混合物の分離のような、産業的適用に使用される気体流からの特定の成分の除去にも関係する。
【背景技術】
【０００３】
現代社会の１つの問題は、化石燃料の燃焼からのエネルギー生産及びこれに関連する放出である。いくつかの論争点が残っているが、このような放出に関連する二つの重要な問題は、酸性雨と地球温暖化とである。
【０００４】
例えば、いくつかの石炭析出物内のイオウの存在が、ＳＯ２を主とするイオウ酸化物（ＳＯＸ）の放出をもたらす。１９６０年代から、ＳＯＸは、森、湖及び農作物の荒廃の原因として非難されるいわゆる酸性雨に対する原因物質として認識されている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ａｉｒｍａｒｋｓ／ａｃｉｄｒａｉｎ／ｅｆｆｅｃｔｓ／ｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒ．ｈｔｍｌ，２００６年２月２１日）。幸運なことに、ＳＯＸが環境に到達することを防止する方策が採用されている。
１９９０年代において、地球温暖化、すなわち、より広くは気候変動が、深刻な潜在的問題として認識されるようになった（ｈｔｔｐ：／／ｙｏｓｅｍｉｔａ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｏａｒ／ｇｌｏｂａｌｗａｒｎｉｎｇ．ｎｓｆ／ｃｏｎｔｅｔｎ／ｃｌｉｍａｔｅ．ｈｔｍｌ，２００６年２月２１日）。ＣＯ２は、石炭及び天然ガスを含む化石燃料、並びに、プロパン、液化石油ガス（ＬＰＧ）、加熱油、埋立地より生ずるガス、ガソリン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、及びナフサを含む他の炭化水素燃料の燃焼によって生ずる。ＣＯ２は、空気の主要成分と比較した場合に、太陽エネルギーを通す傾向がある反面、地球表面からの熱損失は抑えるので、温室ガスと言われる。
【０００５】
したがって、多数の人及び組織が、地球温暖化すなわち気候変動にＣＯ２が最も影響していると感じており、大気中へのＣＯ２の放出を制限することを望んでいる。現在、発電所又は他の個別発生源からのＣＯ２放出を収集する経済的な手段は存在しない。この発明は、同様に、他のガス分離応用にも適するが、大気中へ排煙を放出する前に排煙からＣＯ２を捕捉するのに適合する。
【０００６】
気候変動の了知された問題に結びつくものは、例えば、原油のような化石エネルギー源の漸減である。その結果として、地質油層からの原油の回収を促進するための多種の技術が開発された。より有望な促進原油回収技術の１つは、慣用的な基本技術を用いて部分的に空となった原油油層内へのＣＯ２の注入である。この原油回収技術は、米国特許第３４４２３３２号及びその他の文献中に記述されている。排煙からＣＯ２を回収する安価な手段が、現に存在する油層より原油を抽出するための経済性を改善することとなろう。
移動床吸着器の背景
【０００７】
移動床吸着器の最も良く知られた型式は、空気から揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を捕捉するのに使用される。米国特許第２５１９８７３号のバーグ、米国特許第４０４７９０６号の村上及び岡本、米国特許第４８６９３７３４号のジャキッシュ、米国特許第４９０２３１１号のディングフォース、米国特許第５６７６７３８号のシオフィ及びコールス、そして、米国特許第６０２７５５０号のビッケリが実例を記述している。
【０００８】
前記バーグ特許は、吸着区画と脱離区画を有する装置を利用して選択的吸着による気体混合物の分離を教示する。この特許は、活性炭素によって炭化水素ガスを分留するに使用するいわゆるハイパーソーバーの基本技術である。脱離区画は接触部分と加熱部分を有しており、加熱及び脱離気体（例えば、蒸気）の組み合わされた作用によって生ずる再生を伴う。また、再生した吸着剤を脱離区画の底から吸着区画の最上端まで搬送するための昇降装置が存在する。トレイボルによって報告されるように「非常に大規模ないくつかの吸着器が作られたが、非常にこわれ易い炭素が深刻な磨耗損失にさらされ、そして、固体及び気体の閉塞流れ用の新規な継続流・対向流装置が作動状態にあるとは信じられない。」（Ｔｒｅｙｂａｌ，Ｒ．Ｅ．，”Ｍａｓｓ−Ｔｒａｓｎｆｅｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ”  ３ｒｄ  Ｅｄ．，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８０）。追加情報が、ワンカット（Ｗａｎｋａｔ，Ｐ．Ｃ．，”Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ”，  Ｖｏｌ．ＩＩ，  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，  １９８６）によって再調査され、彼は「磨耗損失は問題であるが、新式の球形炭素ビーズが使用されれば、削減することができる。」と述べている。
【０００９】
前記村上と岡本の特許は、汚染物質を含有する廃棄ガスを浄化するための装置を開示する。この装置は、各トレイを２個の区域に分けトレイを横切る吸着剤の横の流れを制限するように機能する堰を備えたトレイを含有する吸着区画より成る塔である。両方の区域には小孔が開けられるが、一方の区域の孔は吸着剤が貫通するには小さすぎ、他方の区域は吸着剤の下方のトレイの通過が不可能な区域への落下を許容する。ガスは塔のトレイの下方に供給され、吸着剤は塔の最上位のトレイに供給され、どのトレイ上の吸着剤もクロスフローの状態にあるものの、全ての箇所において対向流流れを生ずる。
【００１０】
前記ジャキッシュ特許は、溶媒蒸気（すなわち、ＶＯＣ）によって汚染された空気を処理するための吸着システムを示す。吸着区画は、それを通って吸着剤が落下するふるいによって作成された平行な通路を含有し、汚染された気体は水平に流れて気体と吸着剤の間にクロスフローを生起する。吸着剤は、平行な通路から集められ、重力によって脱離器へと下方に移動せしめられ、そこで、ＶＯＣはキャリアーガス、例えば、窒素内に脱離される。この気体は分けられ、そのうちのある部分は、吸着剤と同じ方向に垂直方向下方に流れ、一方、残りの部分は概ね吸着剤に向かって上方へと流れる。その最終結果はクロスフローである。吸着剤は、コンベヤーによって吸着区画の最上端に移動せしめられる。
【００１１】
前記ディングフォース特許は、溶媒蒸気（すなわち、ＶＯＣ）によって汚染された空気を通すマクロ孔質重合体粒子の流動床を利用した吸着を教示する。重合体粒子が溶媒蒸気を吸着し、そして、熱交換器を介する通過の一方、対向流流れにおいて高温空気の適用によって溶媒を脱離する効果を生ずる自立型脱離器へと搬送される。脱離された溶媒蒸気と空気は、溶媒を凝縮して再使用するために冷却される。
【００１２】
前記シォフィとコールスの特許は、汚染された気体は上方へ流れ、吸着剤は、気体の経路に対向して下方へと流れる別のＶＯＣ回収システムを示す。吸着区画は、（小孔を通って）上方への気体の流れを可能とする１乃至２０個のふるいトレイ（小孔を開けた板材）と吸着剤の下のトレイに至る下方への通過を可能とする通路（高温蒸気の下方への搬送用ダクト）を含有する。吸着剤は、自立型脱離器の最上部へ移動せしめられ、そこでＶＯＣは、固形物に対向して流れる、すなわち、上方へと流れるキャリアーガス内に脱離される。吸着剤は空気圧作用で移動せしめられる。
【００１３】
前記ビッケリ特許は、汚染された気体は上方へ流れ、吸着剤は、気体の経路に対向して下方へと流れる別のＶＯＣ回収システムを開示する。吸着区画は、別の自立型脱離器での吸着剤の再生を可能とする２つの区域を包含する。各吸着区域は、トレイを横切る吸着剤の横の流れ及びトレイ下方への流れを制限するように機能する堰を備えたトレイを含有する。トレイには、小孔が開けられるが、この孔は吸着剤が貫通するには小さすぎる。吸着区域を介する通過の後、吸着剤は、自立型脱離器へと移動せしめられ、そこで、ＶＯＣは、自立型熱酸化器へと流れるキャリアーガス内に脱離される。吸着剤は、吸着区画へ戻るように空気圧作用により移動せしめられる。
【００１４】
オーク・リッジ・ナショナル・ラボラトリ出身のディ・アーロンとシィ・ツォリスは、最近、論文”Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＣＯ２  ｆｒｏｍ  Ｆｌｕｅ  Ｇａｓ：Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ，”Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ  ４０，ｐｐ３２１−３４８（２００５）を公表した。その要約は「本再調査の完了において、ＣＯ２分離のための現在最も有望な方法は、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）を使用する液体吸着であるとの結論に達した。」と記述する。それは続けて、ある種の膜方法が、「分離において液体吸着よりも潜在的により効率的」で魅力的であり得る、と述べ、そして、他の複数の方法［例えば、吸着］「は、比較において余りにも新し過ぎるか、それらを実施するに望ましくするために重大な変更を受けることが不可能なように見える。」とも述べる。
他の二酸化炭素捕捉技術の背景
【００１５】
捕捉技術は、２つの広い範疇に分けることができる。後燃焼捕捉技術（排煙からＣＯ２を配管の端にて捕捉するのでそのように称する）と前燃焼捕捉技術（化学反応を介する燃料変換によるＣＯ２の捕捉）である。第１の範疇は、吸着（例えば、ＭＥＡによる）、吸着（圧力スイング又は温度スイングのいずれか）及び膜分離を含む。第２の範疇は、ほとんどが一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とである合成ガスを発生する、言い換えるならば、部分酸化による石炭ガス化を含む。ＣＯとＨ２は、次に、分離され、制御された環境内で燃焼せしめられ、ほとんどの純粋なＣＯ２とＨ２Ｏは放出される。代替的に、炭素は、合成ガスが形成されるのに伴い、水素発生のため、カルシウム、マグネシウム又はその他である金属酸化物の炭化を介して除去されることができる。他の前燃焼手法は、酸素燃焼捕捉（しばしばオキシフューエルと称される）と言われ、これは、比較的純粋な酸素（Ｏ２）を得るための空気の（窒素を除去する）分離を含み、この比較的純粋な酸素は、過剰温度を回避するため再循環したＣＯ２と混合される。
【００１６】
エネルギー省が、「わが地方発電所においては、どのような捕捉技術の使用が可能であろうか？」との仮説的疑問を考慮するならば、「将来的には、生まれてくる研究開発が、発電所からの二酸化炭素を捕捉する多数の経済効率性のある技術を提供するであろう。しかしながら、現在、現稼動発電所のための水準技術は本質的にアミン吸着剤に限定されている。」が、その答えである（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｔｌ．ｄｏｅ．ｇｏｖ／ｃｏａｌ／Ｃａｒｂｏｎ％２０Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ／Ｒｅｓｕｒｃｅｓ／ｆａｑｓ．ｈｔｍｌ，２００５年１月５日）。この情報源は、続けて、吸着の基本概念を「このプロセスは以下のとおり作動する。通常煙突を出る燃料気体は水とアミンの溶液を通って泡を生ずる。水の中のアミンは燃料気体中の二酸化炭素と反応して、リッチアミンと呼ばれる中間化学物質を形成する。リッチアミンは水溶液に溶解可能であり、水溶液中に残留する。排煙の幾分かはアミン溶液の上端より泡だって出て前に排煙がそうであったのとちょうど同じに空気に放出されるが、二酸化炭素の一部はアミンと反応して溶液内に残留する。リッチアミンは他の容器へと圧送され、そこで、通常の（単純な）アミンと二酸化炭素ガスへの還元を目的として加熱される。純粋な二酸化炭素ガスは前記容器から収集され、前記通常のアミンは煙管接触器気体容器へと再循環される。」と説明する。この情報源が言及していないことは、発電所の正味出力の約１／３乃至１／２に達する大量の水蒸気が、ガス洗浄装置の溶液の再生に消費されていることである。
【００１７】
圧縮又は排気（例えば、圧力スイング吸着、膜方法、及び吸着のいくつかの別型）は、必要な出力の固有なコストによって妨げられる。説明するに、規定の流れ率Ｑ、初期圧力ＰＬ、最終圧力ＰＨ、温度Ｔ、熱容量比γ＝ＣＰ／ＣＶとの条件で、出力は、
【００１８】
【数１】
2008536682.tif 000003
である。（例えば膜装置を介しての）処理のため排煙が圧縮されなければならない場合には、出力コストは必要な圧力に依拠するであろう。例えば、流出モル分率が０．１４７８で且つ全体流率が１分当たり２４３，１００立方フィート（１日当たりＣＯ２の３，０００トンの放出率に符合する）でＣＯ２をセメントプラントから収集する場合で、且つ、必要圧力がＰＨ＝４４．１ｐｓｉｇ（ＰＬ＝大気圧にて開始）の場合には、必要出力は約３０ＭＷである。もしも出力コストがｋＷｈ当たり０．０５ドルであれば、そのコストは、捕捉されたＣＯ２の１トン当たり約１１．８６ドルである。同様に、濃縮ＣＯ２を収集するために真空が使用されなければならない場合には、そのコストは真空排気に依拠することとなろう。例えば、同一のセメントプラントと基本出力コストにおいて、１日につきＣＯ２、３，０００トンのみが、ＰＬ＝１．０ｐｓｉａで収集され、ＰＨ＝大気圧にのみ圧縮された場合では、その必要出力は約１０ＭＷである。出力コストのみでは、ＣＯ２トン当たり約４．１７ドルである。これらの両者の説明において、引用されたコストは出力のコストのみを表し、ガスを圧送する装置のコストではなく、また、分離を実施する装置のコストでもないことに留意されたい。
吸着剤の選択
【００１９】
いずれの適用においても吸着剤の最も重要な役割は、作動能力（所望強吸着成分の、図２に示すような取込み過程と放出過程の間での充填の変化）、選択性（所望強吸着成分は吸着し、所望されない他の成分は吸着しない能力）、動力学（所望強吸着成分の取込み及び放出の速度）、耐久性（移動床吸着システムにおける多数の巡回又は循環にわたる応力に耐える、すなわち、機械的圧接から結果する磨耗に耐える能力）、化学的適合性（適当な不活性質、すなわち、供給混合物内の汚染物質による劣化又は悪化に対する抵抗性）、及びコスト（すなわち全工程が経済的であるような適当な低さ）である。プロセスの全性能及び経済的利点は、これらのすべてに依拠している。
【００２０】
この適用における適当な吸着剤は、関連する温度範囲及び成分範囲に対する適度に広い作動能力を有し、他の所望成分（Ｎ２及びＯ２のような）に関しＣＯ２に対する良好な選択性を有し、良好な動力学を有し、良好な耐久性を有し、良好な化学的適合性を有し、且つ合理的な低さのコストを有するものである。いくつかの吸着剤が、ＣＯ２捕捉のための潜在的な候補である。例えば、分子ふるいは、その分子が格子状に配列された物質又は、多数の相互接続する均一の寸法の孔が存在するような構造である。孔は概ねその孔の寸法と等しいかそれよりも小さい寸法の分子の受け入れのみを行なう。したがって、分子ふるいは、その孔に関連してその寸法に基づく分子の吸着及び分離又はふるいに使用することができる。分子ふるいの１つのクラスはゼオライトである。ゼオライトはアルミニウムの水和されたケイ酸塩であり、しばしば陽イオンを含有しており、この陽イオンは交換可能である。そして、ゼオライトは、その化学的組成の故に、アルミノケイ酸塩と言われるより広い吸着剤のクラスの一部である。他の分子ふるいは、アルミノリン酸塩、ＡＬＰＯ４の言われるもの、チタノケイ酸塩、メタロアルミン酸塩、等、から形成される。ゼオライトは、自然に存在する又は人工のもので可能である。自然に存在する種類のものは、少数の例をあげるならば、菱沸石、シャプチロ沸石、毛沸石、輝沸石、及びモルデナイトを含む。人工のゼオライトは、とりわけ、Ａ，Ｄ，Ｌ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｘ，Ｙ，ＺＳＭの型、モルデナイト、又はシャプチロ沸石を含む。これらのゼオライトのいくつかの特定の変種は、数値指定又は主な陽イオンの略称に符合した接頭添字を含む。活性酸化アルミニウム、活性炭素、及びシリカゲルが、排煙ガスからＣＯ２を捕捉するのに使用可能な吸着剤の他の広いクラスを構成する。
【００２１】
移動床吸着器を作成するためには、吸着剤は流動が可能でなければならない。市販により入手可能な吸着剤の３種の一般的な粒子形状、すなわち、ビーズ、ペレット（又は押出物）、及び粒のうち、ビーズが好ましい。これは、他の形状のものよりも、流動が望ましい通路での凝集、架橋、閉塞の傾向が少ない。
【００２２】
化学的適合性すなわち供給混合物内汚染物質による劣化又は悪化への抵抗性は、排煙よりＣＯ２を捕捉するために非常に重要である。多くの排煙源は、ＣＯ２以外に、水蒸気、ＮＯＸ、及びＳＯＸのような成分を含有する。ＮＯＸとＳＯＸは、水と混合すると腐食性の酸を形成するので、重大である。結果的には、これらの成分が、水に、特に、相当量のアルミニウムを含有する吸着剤に吸着されると、その結果は、吸着能力の喪失、構造の脆弱化、及び結果的破損又は均一な分解となる。
【００２３】
排煙から二酸化炭素を分離するための、ゼオライト５Ａ，１３Ｘ，ＮａＹ，及びＺＳＭ−５を含む、いくつかのゼオライトの候補が、ハーリックとテッツェルによって研究された（Ｈａｒｌｉｃｋ，Ｐ．Ｊ．Ｅ．ａｎｄ  Ｆ．Ｈ．Ｔｅｚｅｌ，”Ａｎ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｔａｌ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｓｔｕｄｙ  ｆｏｒＣＯ２  Ｒｅｍｏｖａｌ  ｆｒｏｍ  Ｎ２，”Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，７６，７１−７９（２００４））。これらに加えるに、活性酸化アルミニウム、シリカゲル、４Ａゼオライト、及び活性炭素は、上記に記載の特性により、説得的な選択ではあるが、製品仕様及び特定の適用での作動条件に依拠する。メロとアイクは、Ｎ２内に水蒸気とＳＯ２を含有する気体混合物からのＣＯ２の取込みを計測した。彼らは、シリカ含有度の高いゼオライト、すなわち、Ｓｉ／Ａｌ比が各々２６と２０の、ＭＦＩ−２６とＭＯＲ−２０を考慮した（Ｍｅｌｌｏ，Ｍ．ａｎｄ  Ｍ．Ｅｉｃ，”Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｕｌｆｕｒ  Ｄｉｏｘｉｄｅ  ｆｒｏｍ  Ｐｓｅｕｄｏ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  Ｚｅｏｌｉｔｅｓ：Ｍｏｄｅｌｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ  Ｃｕｒｖｅｓ，”Ａｂｓｏｒｔｉｏｎ，８，２７９−２８９（２００２））。彼らは、気体混合物に対する彼らの吸着剤の化学的適合性については述べていない。
【００２４】
そこで、本目的における「吸着剤」は、少なくとも１つの他の成分を含有する混合物から１以上の成分をその孔の中に選択的に受け入れて保持する（吸着する）多孔性固形物、個々の微粒子からなる材質又は材質の混合体を含有する。この場合の混合物は、以下に論述するそれらの吸着剤のように、そこで汚染されたプロセス気体である。この用語「吸着剤」は、記述の便宜のため、しばしば、使用されるが、しばしば約０．１ｍｍから約１０ｍｍの寸法範囲の、多孔性固形物、個々の微粒子からなる材質を意味しており、専門技術者によって理解されるべきである。さらに、「個々の微粒子よりなる吸着剤」又は「固形吸着剤」は、この明細書に定義の「吸着剤」をも言及する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２５】
例えば、一般的に排煙と言われる燃焼生成物のプロセス気体流から、例えばＣＯ２である１つ又は複数の強吸着成分（１つ又は複数に係りなく「ＳＡＣ」と省略する）を除去する方法であって、この方法は、
選択１：プロセス気体が熱源の場合：
（ａ）プロセス気体流の温度が約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間であり、
（ｂ）吸着剤との熱接触において熱交換面にプロセス気体流を接触する過程であって、前記プロセス気体流から前記吸着剤への熱伝達を行って前記プロセス気体流を冷却し、露点温度に達した場合に、前記プロセス気体流から可能なかぎり凝縮物を除去する過程、
（ｃ）反対側において冷却剤がそれを通り抜ける外部熱交換器表面に前記冷却プロセス気体流を選択的に通して、約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の更に冷却されたプロセス気体流を生成する過程、
選択２：補助高温媒体が熱源である場合：
（ａ）約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の補助高温媒体（例えば、水蒸気凝縮物、発熱反応の流出物、地球熱学流体）の採用、
（ｂ）吸着剤との熱接触において選択的な第１熱交換面に補助高温媒体を接触する過程であって、前記プロセス補助高温媒体から前記吸着剤へと前記熱交換面が熱を伝達して前記補助高温媒体を冷却する該過程、
（ｃ）約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間のプロセス気体流の提供、
両方の選択用の：
（ｄ）約−２０゜Ｃと約１２０゜Ｃの間の前記プロセス気体流を、それからのＳＡＣの吸着のために前記吸着剤の冷却された部分と直接接触するように通過せしめて、ＳＡＣの抜けたプロセス気体流を生成する過程、
（ｅ）選択的な第２の熱交換面との熱接触を介して前記吸着剤を部分的に加熱する過程であって、前記第２の熱交換面の他側は後続の熱交換面との熱接触を介する高温吸着剤に加熱される流体と接触し、該流体はその後循環する該過程、
（ｆ）過程（ｂ）で記述のように前記第２の選択的熱交換面との熱接触を介して前記吸着剤を完全に加熱し、これにより、吸着したＳＡＣの脱離を生起し且つ脱離したＳＡＣを収集のため回収する過程、
（ｇ）過程（ｆ）からの前記ＳＡＣの抜けた吸着剤を熱交換面に接触するように通す過程であって、該熱交換面の反対側が過程（ｅ）からの前の熱交換面との熱接触を介して前記冷却吸着剤により冷却された流体と接触し、前記流体はその後循環する該過程、
（ｈ）プロセスの過程（ｃ）へ戻すためにそれを十分に冷却すること、及び
（ｉ）収集のための各微粒子の回収、より成る。
【００２６】
そこで、この発明は、ＣＯ２と他の気体成分を有するプロセス気体流からＣＯ２を除去する多重過程プロセスであって、ＣＯ２の充満したプロセス気体流の温度を約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間に調節することによって開始する。この温度の調節されたプロセス気体流は、吸着剤への熱伝達のため熱交換面に接触せしめられ、これにより、収集のため各吸着されたＣＯ２の脱離を生起し、前記プロセス気体流を冷却し且つ前記冷却されたプロセス気体流から各凝縮物を除去する。この冷却されたプロセス気体流は、それからＣＯ２を吸着するため前記吸着剤の冷却された部分と接触するように通過せしめられ、ＣＯ２の抜けたプロセス気体流を生成する。吸着されたＣＯ２は、収集のために回収される。ＣＯ２の抜けたプロセス気体流は、選択的に、加熱された再生された吸着剤に接触するように通過せしめられて、プロセスへ戻すため十分に冷却される。最終的に、各微粒子は収集のために回収される。
【００２７】
対向流移動床吸着を達成しようとするいままでの試みは、例えば、ハイパーソーバーに関して注記したように妨げられてきた。いくつか、強力で堅牢な吸着剤を作成することによって磨耗を減らそうとする試みが行なわれた。それは有用な手法であり得るが、この吸着剤は、特別な結合剤、又は硬化剤及び少量の多孔性結合剤の使用の故に、不十分な取込み及び放出動力学を呈する。この発明は、磨耗の影響を最小限にするため、なかんずく、二つの特徴を教示する。ひとつの特徴は、容器内の吸着剤微粒子（屑）の蓄積防止のため吸着剤微粒子を継続的に除去する手段である。容器内において、吸着剤微粒子は気体及び吸着剤の両方の流れと干渉して、その摩擦特性により磨耗を一層悪化させる。もう１つの特徴は、多くの人によって不可思議として考えられている磨耗発生傾向の削減を企図することである。例えば、チューは、「磨耗［及び他の論点］が粒状材料を興味ある研究課題とする」（Ｃｈｏｕ，Ｃ−Ｓ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ｓｃｉ．  Ｃｏｕｎｃｉｌ，ＲＯＣ（Ａ），Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．５，ｐｐ．３１７−３２９（２０００））と言う。同様に、フロリダ大学のコンピュテーショナル・ラボラトリ・フォー・エレクトロマグネティックス・エンド・ソリッド・メカニックス用のウエブサイトは「粒状材料の流れは、１つの箇所から他の箇所へと材料を移動するための多くの技術分野においてきわめて重大である。しかし、粒流の挙動における謎はいまだに良く分かっていない。」（ｈｔｔｐ：／／ａｅｍｅｓ．ｍａｅ．ｕｆｌ．ｅｄｕ／〜ｖｇｌ／ｃｌｅｓｍ  ｇｒａｎ  ｆｌｏｗ．ｈｔｍｌ；２００６年２月２２日）と言う。この問題の理解における明白なギャップの理由の一部は、固形物流動に関心のあるほとんどの専門家が、搬送シュート、ホッパー、空気圧搬送システム、燃焼、回転炉、流動床、混合機、貯蔵器、振動作動、回転、往復動、縦揺れ、及び非常に遅い展開に興味を持つことにある。対照的に、この発明は、主に、固形物及び気体の比較的遅い対向流閉塞流れ並びに固形物静止面と移動吸着剤の間の熱伝達に関係する。固形物と気体の両方のため、適当な滞留時間を確保して、これにより制限された容積内で完全に近い取込みと放出を達成するには、その速度が十分に遅くなければならない。この点で、この発明の目的は、ほとんどの他の固形物流動適用の目的からは相当に相違している。
【００２８】
また、この発明は、以下に述べる発見された原理、すなわち、移動床構造における吸着剤磨耗は、大部分が摩擦（せん断）力の作用であり、少程度が通常の力である、に基づいている。結果として、吸着剤磨耗を最小にするには、せん断応力を最小にして、衝突力よりも実質的に小さい通常の力を作用せしめることのみが重要である。静止固形物表面及び他の吸着剤粒子に接触した状態で固形物粒子が移動した場合、静止固形物表面との接触による摩擦によりそれは回転する傾向があり、それが移動する粒子とこれに接触する他の粒子の間にせん断応力を発生する。同様に、他の粒子によって与えられるせん断応力は前記第１の粒子の回転を制限する傾向があり、また、それを回転させるよりも、せん断応力の関連形式として前記静止固形物表面を横切っての摺動を生起する傾向がある。せん断応力の大きさは、適用される通常の力に依拠する。
【００２９】
或る粒子の上の粒子のカラムの高さ（すなわち、いわゆる「静水頭」）がその粒子の上の通常の力に影響するということ、そして、逆に、その粒子が他の粒子又は表面に対して移動している場合には、それがせん断応力（これは接触領域によって分けられるせん断力である）に影響するということは、流体及び固形物力学の公知の原理である。この趣旨において、この発明は、例えば、通常の力を分散し、適正寸法にされれば、移動する吸着剤のカラム内の通常の力の蓄積を防止する孔の開けられた板材を比較的短い垂直間隔で設けることにより、吸着剤の高さを制限することが必要なことを具体的に示す。説明するならば、１フートの間隔で離隔された適正寸法の孔の開けられた板材を有する１０フートの高さの吸着剤カラムの底の粒子上の通常の力は、１０フートの高さの吸着剤の連続状カラムの場合よりも１フートの高さの吸着剤カラム内の吸着剤の通常の力により接近する。
【００３０】
球状ビーズの粒子は、隣接する粒子及び単一箇所での近くの隣接固形物表面に接触する傾向があるため、せん断応力の影響は、球状ビーズの粒子に対して深刻である。そのため、その箇所に作用する通常の力は非常に高い圧力（通常の力／接触面積）を結果し、これが符合的に高いせん断応力を生ずる。各吸着剤のシステム通過を完了しつつ、全ての吸着剤をせん断力が最も高い領域で通過せしめることは移動床吸着剤システムの本旨であるので、最大せん断力を、せん断（そして磨耗）の累積的結果を受容可能なレベルに保持する適正な低さに確保することは重要である。
【００３１】
この発明の本旨及び利点の十全な理解のため、添付図面に関連する以下の詳細な説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１に示される新規な吸着装置は、好ましくは、高温のプロセス気体流を処理する。高温プロセス気体１は、例えば二酸化炭素である１以上の強吸着成分ＳＡＣとキャリアーガスとよりなり、このキャリアーガスは１以上の弱吸着成分(例えば、窒素)よりなる。
【００３３】
吸着装置は以下のプロセス過程を含む。
【００３４】
約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の温度の又は温度を有するように処理されたプロセス気体流が、吸着剤容器２に導入される。より詳細には、この気体は熱交換器区画３の気体側に入り、その表面の一側に接触する。その表面の他側は吸着剤４と熱接触状態にする。熱交換器区画は、殻体内の管の集合体である平行なプレート通路、又は高温のプロセス気体を吸着剤から物理的に絶縁する他のいずれかの装置より成る。前記熱交換面は、プロセス気体流１から吸着剤４へ熱を伝達するためであり、これにより、冷却されたプロセス気体流５を生成し、露点温度に達した場合に、前記冷却されたプロセス気体流より凝縮物を除去する手段を可能な限り設ける。
【００３５】
冷却されたプロセス気体流５は、選択的に、外部気体冷却器６に接触するように通過する。該外部気体冷却器を介して、その反対側において、冷却剤９が通過し、約−２０゜Ｃと１２０゜Ｃ(図２内のＴ１に符号する)の間の冷却プロセス気体流８を生成する。露点温度に達した場合に、外部気体冷却器６は冷却プロセス気体流５から凝縮物７を集めて除去する。
【００３６】
類似又は同一構成要素を指示するのに同様の数字を使用する図２を参照するに、図１に示した新規な吸着装置は、選択的に、約−２０゜Ｃと１２０゜Ｃの間(図２のＴ１に符号する)の冷却プロセス気体流８を処理し、熱源として補助高温媒体を用いる。この補助高温媒体は、例えば、水蒸気凝縮物、発熱反応の流出物、又は地球熱学流体のような約８０゜Ｃと約５００゜Ｃの間の安価又は便宜的な熱源である。これは、高温プロセス気体流１に代えることができる。これは、吸着剤容器２に、より特定的には、熱交換器区画３の気体側に導入され、そこで、その表面の一側への接触に至る。その表面の他側は、吸着剤４と熱接触状態にある。前記熱交換面は、前記補助高温媒体から前記吸着剤への熱の伝達のためであり、これにより、冷却された補助媒体２７を生成する。冷却された補助媒体２７は排出される。前記冷却プロセス気体流は、１以上のＳＡＣとキャリアーガスとよりなり、該キャリアーガスは、１以上の弱吸着成分(例えば、窒素)より成る。
【００３７】
前記吸着装置は、以下のプロセス過程を含む。
【００３８】
冷却プロセス気体流８は、気体が吸着剤４の冷却された部分と直接に接触するように、吸着剤容器２の吸着区画１１内の気体分配器１０を介して吸着剤容器２内を通過し、このとき、気体は上方に吸着剤は下方に一連の孔の開いた複数のトレイ１２を通って対向流的に通過する。前記複数のトレイの目的は、気体と吸着剤の接触の促進である。ＳＡＣの吸着を最大限とする目的において、固形物と気体の接触を促進する各種の方法が可能であるが、多数の孔を通っての吸着剤と気体両方の通過を可能とする孔の開いた複数のトレイが教示される。これらのトレイの設計は、いくつもの配慮を含んでいる。例えば、これらの孔は、気体の適正な質量の移動、適度な圧力降下、及び吸着剤微粒子のような屑の蓄積からの適度な自由と同様に、閉塞を防止する適正な直径と間隔のものでなければならず、また、トレイは、吸着剤容器内の吸着剤の適正な滞留時間を可能とするべく垂直方向に離隔されなければならない。トレイの他の設計配慮が、例えば、浸食又は腐食を介する、物理的又は化学的品質低下と同様のそれらの振動、重量、必要な保守、又は、他の機械的問題、及び究極的にはそれらのコストに影響する。気体と吸着剤のそのような接触の目的は、ＳＡＣの抜けたプロセス気体流１３とＳＡＣの豊潤な吸着剤流を生成することであり、該吸着剤流は、重力に推されて熱交換面１４へと進む。このＳＡＣの豊潤な吸着剤流は、前記熱交換面との熱接触を介して部分的に加熱され、前記熱交換面の他側は、後続の熱交換面との熱接触を介して高温吸着剤によって加熱された流体と接触し、この流体は前記２個の面の間で循環する。ＳＡＣの豊潤な吸着剤流は、既述のように、内部熱交換器３との熱接触を介して、図２内のＴ２に符合する完全な加熱に達する。加熱の結果、図２に示す原理に従い、吸着されたＳＡＣの脱離を生起し、ＳＡＣの抜けた吸着剤を生ずる。
【００３９】
脱離されたＳＡＣは、プロセス気体が吸着容器に受け入れられる圧力に対するわずかの吸引の下、機械的手段１７(例えば、送風機)によって流れ１６内の気体収集器１５を介して吸い込まれる。強吸着成分の部分的分離を起こして別の流れ１６を、前記成分が、脱離器内の異なる軸位置の異なる濃度に達し得る程度に生起するために、気体収集器１５と機械的手段１７の２つ以上の組み合わせを利用することが可能である。圧力は吸着されたＳＡＣを除去するに十分な程低くなければならないが、大量のキャリアーガスの回収を生起する程に低くてはならない。ＳＡＣの抜けた吸着剤は、それを介する吸着剤の流動を可能とする一方、ＳＡＣの下方への流動及び空気のような別種気体の脱離器区画内への上方への大量移動を制限する摩擦を経て重力に推されて下方へと進む。例えば、長く狭い通路又は回転式連動装置のような受動的な、前記摩擦を通過した後、前記ＳＡＣの抜けた吸着剤は、重力に推されて、熱交換面１９に向かって下方へ進む。熱交換面１９の他側は、熱交換器１４を通過して、ここで冷却され、ポンプ２０によって循環される流体と接触状態にある。その後、ＳＡＣの抜けた吸着剤は、例えば、吸着剤を吸着剤容器２の最上部へと搬送するバケット昇降機、空気圧コンベヤーであるコンベヤー２１内で重力によって推進される。搬送される間、ＳＡＣの抜けた吸着剤は、周囲に、又は、冷却されたＳＡＣの抜けた気体に、又は、コンベヤーハンジング内のジャケット又は配管を通って循環する冷却剤に熱を伝達することにより更に冷却され得る。冷却されたＳＡＣの抜けた気体を冷却のために利用する場合、送風機により底に向けて送ることによって、吸着区画の最上部から、バケットコンベヤー内の搬送される吸着剤への対向流で流れるように該気体を導入することができる。この場合、ＳＡＣの抜けた気体は、その後、排出される。吸着剤は、ＳＡＣを抜かれ、そして冷却で再生を完了する。再生された吸着剤は吸着剤容器の最上部に配送されるので、再生された吸着剤は、吸着剤容器内に形成し得る又は収集し得るいずれの微粒子をも通すが、全ての吸着剤粒子は保持するように設計されたスクリーン又は寸法選択的ふるい２２上を選択的に通ることができ、吸着剤粒子は、重力に推されて、吸着剤容器の最上部に入り一連の孔の開けられた複数のトレイ１２上へと流れ進む。微粒子は、もし在れば、収集されて流れ２３として除去される。
【００４０】
それによってプロセス気体が流動する圧力差は比較的に小さいことから、実質的に気密包囲構造であることが吸着容器にとって重要であることに気づかれよう。また、ＣＯ２以外の他の成分を排煙から除去し得ることを理解されよう(すなわち、ＳＡＣとして)。そのような他の成分の例は、ＮＯＸ，ＳＯＸ、水銀及び他の有害な物質である。除去されるべきそのような成分の性向は、吸着剤、条件(温度、圧力、及び流率)、並びに熱伝達特性に依拠する。
プロセス成分及び条件
条件(I)
【００４１】
吸着剤は、とりわけ、分子ふるい(分子をその寸法によってふるいわける能力の故にそう言われる)、ゼオライト（分子ふるいの特定の種類）、アルミノケイ酸塩、活性酸化アルミニウム、シリカゲル、多孔金属酸化物、活性炭素、又はこれらの物質の混合物の１以上である。付け加えるに、吸着剤は、所望のＳＡＣを選択的に吸着するその能力を増すために或る物質で飽和させることが可能である。吸着剤の粒子寸法は、この型の作動におれる慣用的なものである。その材質の型、寸法及び他の物性は、本明細書の［背景技術］の吸着剤区画において概略したような考慮に基づいて選択される。粒子の形状は、例えば、粒、ペレット又はビーズが可能であるが、好ましい形態はビーズである。
条件（ＩＩ）
【００４２】
接触の方法は移動床吸着剤であり、すなわち、吸着剤と気体の両者が、概略、対向流で相互に移動する。吸着器容器の底に到達すると、吸着剤は、例えば、コンベヤー又は空気圧によって、機械的に上方へ移動させ得る。冷却プロセス気体が、内部熱交換器に、すなわち、下方に流れることによって、入るのを防止し、脱離されたＳＡＣが吸着器容器の吸着区画に入るのを防止することは重要であり、これらの目的は、例えば、気体流の流率及び圧力を制御する弁及び／又は送風機を使用することによって、又は、それを通る気体の流れ抵抗を増やすべく吸着剤の流れを絞ることによって、圧力を操作することにより達成させることができる。
条件(III)
【００４３】
代替的に、接触の方法は、シュミレートされた移動床吸着器で、換言すれば、吸着剤は静止状態であるが、気体流を配向する弁は、吸着剤が概ね気体に対する対向流で移動する効果を持つように操作される。異なる固定された床は、異なる目的、例えば、取込み、放出及び冷却を達成する。
【００４４】
ここで、特定の実施例を参照してこの発明をより完全に記述する。この発明は、これらの実施例のいかなる手段によっても限定されないことを留意されるべきである。
【実施例】
【００４５】
この発明の基本コンセプトを試験するために実験的装置が組み立てられ、図１及び２のそれらに符合する参照符号とともに図６に示される。この実施例の目的は、シュミレートされた排煙からＣＯ２を除去することである。この例では、ＣＯ２はＳＡＣである。この実施例、特にその装置は、この発明の機械的特徴のいくつかを完全には具体化しておらず、研究所規模での採用には実用上適していない。例えば、これは、言葉の通常の意味でのコンベヤー(図１の２１)を採用していない。むしろ、貯蔵器が、吸着剤供給貯蔵器２４、充填された収集貯蔵器２５のように交換できるように構成されており、予備を準備することによって、事実上中断することなく、作動することが可能であった。付け加えるに、加熱のために燃焼源を採用することは実際的ではない、むしろ、本明細書の［発明の開示］の「選択２:補助熱媒体が熱源」において記述したように、高温オイル熱源２６が、熱交換器を通って循環させられた。それにも係らず、エネルギー収支を成し遂げることが可能であった、そして、ＣＯ２の再生と回収を可能とする排煙内に含有される固有エネルギーの利用が経済的な利益をもたらしはするが、再生のためのエネルギー源の故に、実施においては実質的な相違は生じなかった。この研究室装置は、また、内部熱交換器(図１の項目１４と１９)を含んでいなかった。この試験の目的は、エネルギーを保存することではなく、又は、最小可能コストで作動することでもなく、この発明の主要な特徴の実施を削減することであった。
共通する実験条件
・ 吸着剤:Ｚｅｏｃｈｅｍ  Ｚ４−０４，４Ａゼオライト、ビーズ状、平均直径＝１．４６ｍｍ（Ｚｅｏｃｈｅｍ，Ａ．Ｇ．）
・ 供給気体ＣＯ２モル分率＝ｙＦ＝０．１５３；供給気体流率＝２０．９５ｓｔｄリットル／分、吸着剤質量流率＝ｍａｄｓ＝０．２２２ｋｇ／ｍｉｎ＝０．４８８１  ｌｂ／ｍｉｎ。熱源（高温鉱油）流率＝６７．７ｇ／ｍｉｎ。
・ カラム直径＝７．４ｃｍ＝２．９１ｉｎ。吸着器区画（ガラス）長さ＝１．２２ｍ＝４．０ｆｔ。吸着器区画内のトレイの数＝４９。再生区画（ガラス）長さ＝０．６１ｍ＝２．０ｆｔ。再生区画内のトレイの数＝１７。孔の開けられた板材：孔の直径＝０．４７ｃｍ＝０．１８７ｉｎ，間隔＝０．８１−０．９７ｃｍ＝０．３２−０．６８ｉｎ。
・ 周囲圧力＝０．９８６６ｂａｒ＝１４．３１  ｐｓｉａ。周囲温度＝１８゜Ｃ。
【００４６】
【表１】
2008536682.tif 000004
ＣＯ２の収率、すなわち、供給内に受け入れられたものに対するＣＯ２が豊潤な流れの中に補足された量の比は６７％から９４％へと変化した一方、その豊潤な流れの中のＣＯ２のモル分率ｙＲは５４．５％から９９％へと変化した。
【００４７】
データは、ＣＯ２の収率がＣＯ２の乏しい流れの組成に強く依拠し、一方、豊潤な流れ内のＣＯ２のモル分率が抽出点Ｔ３（図６に示される）の温度に強く依拠することを示した。供給気体と吸着剤流率の比を制御することにより、また、吸着区画内で吸着剤のための適切な滞留時間を設けることにより、また、吸着器容器を介する先の通過内で吸着剤を全く再生することにより、また、吸着器区画内での気体と吸着剤相の適切な接触を可能とすることによりＣＯ２の乏しい流れ内のＣＯ２の量を制御することが可能である。多少なりとも熱交換領域を設けることにより、また、熱交換器内の吸着剤の流率（又は滞留時間）を制御することにより、また、熱源の流率又は温度を制御することにより、抽出点での温度を調節することが可能である。これらの事項は、逆に、ＣＯ２の豊潤な流れ内のＣＯ２の量に影響する。
【００４８】
６日にわたる実験を通じて、カラムのガラス区画内に非常に小さな塵埃が観察された。吸着剤の累積的磨耗は無視できることは明らかであった。
【００４９】
吸着剤の破砕強さとＣＯ２に対する作動能力の両者でのＨ２ＯとＳＯ２の効果を評価するために、同様のアルミノケイ酸塩吸着剤、及び、第２のもので後続の実験が実行された。ＣＯ２に対する作動能力とは、温度循環の間にどれだけのＣＯ２が取込まれ且つ放出されたかをいう。Ｈ２Ｏ及びＳＯ２は、第１の吸着剤の上に、ＣＯ２と同一又は均等に大きな親和力で吸着されるので、これらは、ＣＯ２の取込みと放出を妨害すると予想可能である。同様に、ＳＯ２とＨ２Ｏは、アルミノケイ酸塩吸着剤に溶解可能な酸を形成するので、これらの成分は、共に、第１の吸着剤のその構造的完全さに逆に影響を与える心配がある。
【００５０】
第１の吸着剤による第１のセットの実験では、ＳＯ２なしでシミュレートされた排煙内でのＣＯ２に対する作動能力へのＨ２Ｏの影響が調べられた。これらの実験の結果は、加湿された場合（９５％の相対湿度）において、約９．３重量％及び約４．１％の乾燥気体に対して作動能力を生じた。第２のセットの実験では、ＳＯ２がシミュレートされた排煙に添加されたとき、乾燥ＣＯ２作動能力は、８．８％まで減少した。逆に、ＳＯ２とＨ２Ｏが両方存在した場合に、ＣＯ２作動能力は、約４．０％であった。作動能力に加えるに、供給されたように、第１の吸着剤に対する破砕強さ試験の結果（グラムで）は、約１４００であり、一方、それがＣＯ２及びＨ２Ｏにさらされる数回のＴＳＡ循環の後に、それは約１５４０まで増大した。最終的に、ＣＯ２、ＳＯ２、及びＨ２Ｏにさらされる数回のＴＳＡ循環の後に、破砕強さは１５６０まで増大した。もちろん、もしも条件が異なれば（例えば、より高いＳＯ２の含有率）又はＴＳＡ循環がより多ければ、その結果は変化し得る。それにもかかわらず、これらの結果に基づいて、排煙の成分によって一層悪化させられるであろう磨耗による重大な損失は、予期されていない。
【００５１】
第２の吸着剤での実験は、ＳＯ２なしのシミュレートされた排煙におけるＣＯ２に対するその作動能力及び破砕強さを計測した。乾燥気体及び加湿気体（９５％の相対湿度）の両者での結果は、約１．９重量％のＣＯ２に対する作動能力であった。第２の吸着剤による第２のセットの実験では、ＳＯ２がシミュレートされた排煙に添加されたときに、乾燥ＣＯ２作動能力は２．１％まで増大した。しかし、ＳＯ２とＨ２Ｏが両方存在した場合は、ＣＯ２作動能力は約１．９％に戻った。結果として、典型的な排煙条件下では、作動能力は、第１の吸着剤の約半分であるが、第２の吸着剤においては、ＳＯ２又はＨ２Ｏの逆の結果は存在しなかった。それにもかかわらず、現在、この型の吸着剤を採用する見込みは、第１の吸着剤ほどには強くないが、もしもＣＯ２作動能力を増大させることができるならば、上がり得る。破砕強さ試験は、第２の吸着剤に対して、第１の吸着剤のそれらと類似であるとの結果であるが、その値は、約２倍高かった。すなわち、供給されたように、破砕強さ（グラムで）は、約３１３０であった、一方、それがＣＯ２とＨ２Ｏにさらされる数回のＴＳＡ循環の後に、それは約３１６０に増大した。最終的に、ＣＯ２、ＳＯ２、及びＨ２Ｏにさらされる数回のＴＳＡ循環の後に、破砕強さは３１８０まで増大した。再度、条件が異なれば、その結果は変化し得る。それにもかかわらず、これらの結果に基づいて、排煙の成分によってより一層悪化させられるであろう磨耗による重大な損失は予想されていない。
【００５２】
さらに、私どもは、両方の吸着剤において、ＮＯＸがＳＯ２に非常に類似した挙動を行うであろうと予測する。ＮＯＸは、通常、排煙の中で、それ自身がＣＯ２とＨ２Ｏの両者に対して薄い濃度のＳＯ２に対して薄い濃度である。これらの濃度レベルは、ＳＯ２は無視し得る又は均等に少ない利益的効果を有しているので、ＮＯＸは、ＣＯ２に対する作動能力への逆の効果を有することは可能でなく、吸着剤の構造的完全さに逆に影響することはないであろうことを意味する。
【００５３】
この発明は、各種の実施例に言及して記述されたが、当業者は、この発明の範囲及び本質から逸脱することなしに各種の変更を作成し且つその要素の置き換えが可能であることを理解されよう。付け加えるに、その本質的範囲からの逸脱なくして、この発明に教示の特定の状況又は材料に適合するための多くの改良を作成することができる。したがって、この発明は、開示された特定実施例に限定しないことを企図しており、この発明は添付の請求の範囲に該当するすべての実施例を含むことを企図している。この出願では、他の様式にて明白に表示されていない限り、すべての単位はメートル法であり、すべての量及びパーセントは重量によっている。また、この明細書にて言及したすべての引用は参照としてこの明細書の一部を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の１実施例を示す装置及び流れ図を模式的に表現する。
【図２】この発明の１実施例を示す装置及び流れ図を模式的に表現する。
【図３】ＣＯ２の場合に、強吸着成分の温度及び濃度の変化に対する吸着剤の一般的な反応を表現する。
【図４】ゼオライト４Ａに関する実際の等温線を表わし、３は各吸着剤に関する等温線である。
【図５】ゼオライト１３Ｘに関する実際の等温線を表わし、３は各吸着剤に関する等温線である。
【図６】実例との接続に使用される装置を表わす。
【図１】
2008536682.tif 000005
【図２】
2008536682.tif 000006
【図３】
2008536682.tif 000007
【図４】
2008536682.tif 000008
【図５】
2008536682.tif 000009
【図６】
2008536682.tif 000010