(57)【要約】【課題】極めて効率的に排ガス中の二酸化炭素を回収処理できる方法及びその方法に適した装置を提供する。【解決手段】排ガス中の二酸化炭素をゼオライトからなる吸着剤によって相対的低温で吸着した後、該吸着剤を相対的高温に加熱して二酸化炭素を脱着することを特徴とする二酸化炭素の処理方法を提供する。【選択図】    図１
2004344703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の二酸化炭素をゼオライトからなる吸着剤によって相対的低温で吸着した後、該吸着剤を相対的高温に加熱して二酸化炭素を脱着することを特徴とする二酸化炭素の処理方法。
【請求項２】
前記ゼオライトとして、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．５の範囲のＸ型ゼオライトを用いることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の処理方法。
【請求項３】
ゼオライトからなる吸着剤が充填されて、回転軸を中心に回転する回転吸着搭を具備してなり、
前記回転吸着塔を回転させることにより、前記吸着剤が、二酸化炭素を相対的低温で吸着処理させる吸着ゾーンと、二酸化炭素を相対的高温で脱着処理させる脱着ゾーンと、相対的高温に加熱された吸着剤を冷却する冷却ゾーンを順次連続的に回転移動させるようにしたことを特徴とする二酸化炭素処理装置。
【請求項４】
前記脱着ゾーンから脱着された二酸化炭素を前記脱着ゾーンに再循環させる循環路が備えられ、該循環路には前記脱着された二酸化炭素を再加熱する再加熱部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素処理装置。
【請求項５】
前記ゼオライトとして、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．５の範囲のＸ型ゼオライトを用いることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の二酸化炭素処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー等から排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素を効率よく吸着し、除去・回収する二酸化炭素の処理方法及びその方法に適した処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化の防止等のために、石油、石炭等を燃料とする燃焼器から排出される二酸化炭素の効率的な回収処理技術が緊急に要望されている。従来の二酸化炭素の処理方法は、排ガス中の二酸化炭素をエタノールアミン溶液と相対的低温で気−液接触させることにより吸収せしめた後、相対的高温で離脱回収する液相吸収法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法の特徴としては、気−液接触により二酸化炭素を除去回収できるため装置の機構が簡単で、大容量ガス処理法としてスケールアップも容易である。
しかしこの方法は、吸収液を用いる湿式法であるため、系外への吸収液飛散による装置周囲の二次汚染、吸収液の劣化に伴う液の補充が必要、吸収液による配管部材等の腐食等の短所があり、メンテナンスが煩雑であるという課題がある。
【０００４】
一方、吸収液を用いない方法として、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．３程度のＮａ置換Ｘ型ゼオライトを吸着剤とし、相対的高圧で排ガス中の二酸化炭素を吸着剤に吸着させた後、相対的低圧で該吸着剤から二酸化炭素を脱着回収する、いわゆる圧力スイング法も用いられている。
この圧力スイング法は乾式法であるので吸収液が不要となり、二次汚染の発生、吸着剤の劣化に伴う補充、配管部材の腐食等の湿式法特有の問題は解消される。しかし、この圧力スイング法では、二酸化炭素の脱着回収の際に真空ポンプを使用するために消費電力が過大になるという課題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、特定のゼオライトを用い、温度による吸着性の違いを用いたいわゆる温度スイング法により、極めて効率的に排ガス中の二酸化炭素を回収処理できる方法及びその方法に適した装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の二酸化炭素の処理方法は、排ガス中の二酸化炭素をゼオライトからなる吸着剤によって相対的低温で吸着した後、該吸着剤を相対的高温に加熱して二酸化炭素を脱着することを特徴とする。
【０００７】
かかる二酸化炭素の処理方法は、ゼオライトを吸着剤として用いて相対的低温で二酸化炭素を吸着し、相対的高温でこの二酸化炭素を脱着して濃縮回収する、いわゆる温度スイング法を用いて処理する乾式方法であるので、真空ポンプの消費電力や廃液処理、機器の腐食等の保守に要するランニングコストを低下させることができる。
【０００８】
前記ゼオライトとして、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．５の範囲のＸ型ゼオライトを用いることが好ましい。
また、上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲の低シリカＸ型ゼオライト（ＬＳ（ＬｏｗＳｉｌｉｃａｔｅ）Ｘ型ゼオライト）であって、ＬｉまたはＣａを置換カチオンとするものがより好ましい。
更に上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０の低シリカＸ型ゼオライトであって、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするものが更に好ましく、特にＬｉを置換カチオンとするものが最も好ましい。
【０００９】
かかる二酸化炭素の処理方法によれば、上記のゼオライトを用いることにより、従来乾式吸着法に使われていたＮａ置換Ｘ型ゼオライトよりも二酸化炭素の吸着量を大幅に改善できる。
【００１０】
尚、二酸化炭素を吸着する際の相対的低温は、２５〜７５℃の範囲が好ましく、２５〜５０℃の範囲がより好ましい。また、二酸化炭素を脱着する際の相対的高温は、１００〜２００℃の範囲が好ましく、１５０〜２００℃の範囲がより好ましい。
【００１１】
次に本発明の二酸化炭素処理装置は、ゼオライトからなる吸着剤が充填されて、回転軸を中心に回転する回転吸着搭を具備してなり、前記回転吸着塔を回転させることにより、前記吸着剤が、二酸化炭素を相対的低温で吸着処理させる吸着ゾーンと、二酸化炭素を相対的高温で脱着処理させる脱着ゾーンと、相対的高温に加熱された吸着剤を冷却する冷却ゾーンを順次連続的に回転移動させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
かかる二酸化炭素処理装置は、ゼオライトを回転吸着搭に充填し、この回転吸着搭を回転させることで、二酸化炭素の吸着、脱着、吸着剤の冷却の各処理を順次行う、いわゆる温度スイング法を用いた処理装置なので、真空ポンプの消費電力や廃液処理、機器の腐食等の保守に要するランニングコストを低下させることができる。
【００１３】
尚、吸着ゾーンの温度（相対的低温）は２５〜７５℃の範囲が好ましく、２５〜５０℃の範囲がより好ましい。また、脱着ゾーンの温度（相対的高温）は１００〜２００℃の範囲が好ましく、１５０〜２００℃の範囲がより好ましい。
【００１４】
また、本発明の二酸化炭素処理装置は、先に記載の二酸化炭素処理装置であり、前記脱着ゾーンから脱着された二酸化炭素を前記脱着ゾーンに再循環させる循環路が備えられ、該循環路には前記脱着された二酸化炭素を再加熱する再加熱部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
かかる二酸化炭素処理装置によれば、脱着された二酸化炭素を前記脱着ゾーンに再循環させる循環路が備えられ、再加熱部で再加熱した二酸化炭素を含むガスを吸着ゾーンに再循環させることができるので、二酸化炭素の脱着効率をより向上させることができる。
【００１６】
尚、前記ゼオライトとして、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．５の範囲のＸ型ゼオライトを用いることが好ましい。
また、上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲の低シリカＸ型ゼオライト（ＬＳ（ＬｏｗＳｉｌｉｃａｔｅ）Ｘ型ゼオライト）であって、ＬｉまたはＣａを置換カチオンとするものがより好ましい。
更に上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０の低シリカＸ型ゼオライトであって、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするものが更に好ましく、特にＬｉを置換カチオンとするものが最も好ましい。
【００１７】
かかる二酸化炭素処理装置によれば、上記のゼオライトを用いることにより、従来乾式吸着法に使われていたＮａ置換Ｘ型ゼオライトよりも二酸化炭素の吸着量を大幅に改善し、濃縮率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態である二酸化炭素処理装置について説明する。本実施形態の二酸化炭素処理装置は、ゼオライトからなる二酸化炭素の吸着剤が充填されて、回転軸を中心に回転する回転吸着搭を具備してなり、前記回転吸着塔を回転させることにより、前記吸着剤が、二酸化炭素を相対的低温で吸着処理させる吸着ゾーンと、二酸化炭素を相対的高温で脱着処理させる脱着ゾーンと、相対的高温に加熱された吸着剤を冷却する冷却ゾーンを順次連続的に回転移動させるようにしたものである。すなわち、相対的低温で二酸化炭素を吸着し、相対的高温で二酸化炭素を脱着するいわゆる回転再生式温度スイング法（ＴＳＡ）を用いた処理装置である。
【００１９】
図１は本実施形態の回転再生式温度スイング法（ＴＳＡ）を用いた処理装置１０を示す模式図である。符号１３は、吸着剤が充填されて回転軸Ｏを中心に回転する回転吸着搭であり、この回転吸着搭１３の内部には、図２に示すように吸着剤２１を充填した圧損を低く抑えるハニカム状（３００φ×５００ｈ）の筒２２が設置され、排ガスが図１の吸着搭１３の上下（軸）方向に通過できる構造となっている。吸着剤２１は、圧力損失を低下させるとともに熱還流率を大きくするために、セラミックス等に６０％程度坦持されて用いられる。
また、符号１１はボイラー等の燃焼器であり、回転吸着塔１３の前段に接続されている。符号２０はＣＯ２回収タンクであり、回転吸着塔１３の後段に配置されている。
【００２０】
図１に示す回転吸着塔１３には、二酸化炭素を相対的低温で吸着処理させる吸着ゾーン１３ａと、吸着ゾーン１３ａの回転方向後方側に隣接して二酸化炭素を相対的高温で脱着処理させる脱着ゾーン１３ｂと、脱着ゾーン１３ｂの回転方向後方側に隣接して相対的高温に加熱された吸着剤を冷却する冷却ゾーン１３ｃとが設けられている。冷却ゾーン１３ｃの回転方向後方側には先の吸着ゾーン１３ａが配置されている。そして回転吸着塔１３は、回転軸Ｏを中心に３〜１０ｒｐｈ程度の回転速度で図中矢印ｄ方向に回転駆動されるようになっており、回転吸着塔１３の内部に充填された吸着剤２１が、吸着ゾーン１３ａ、脱着ゾーン１３ｂ及び冷却ゾーン１３ｃを順次通過し、１回転して最初の状態に復帰するように構成されている。また、吸着ゾーン１３ａは、回転吸着搭１３の円周の約半分を占め、脱着ゾーン１３ｂ及び冷却ゾーン１３ｃは、回転吸着塔１３の円周のそれぞれ１／４程度を占めるようになっている。
【００２１】
回転吸着塔１３の回転機構はここでは図示しないが、電気モータ等を駆動源とする駆動機構により、回転軸Ｏを中心として回転する公知の方法で構成することができる。回転部分は内部の筒２２だけであり、後述する排気管等は回転することなく固定されている。
従って、装置の効率を上げるためには、回転吸着塔１３と後述の各排気管とのガス密閉が必要であるが、その密閉機構には特に限定はなく、公知の方法を利用して行うことができる。また、通常排ガスを送るために必要な配気管途中のブロアー等の装置についても、必要に応じて設置されるが、ここでは記載を省略している。
【００２２】
吸着ゾーン１３ａの下側には排気管１２が接続され、燃焼器１１から排出された排ガスを供給できるようになっている。また、吸着ゾーン１３ａの上側には排気管１４が接続され、吸着処理後のオフガスを排気管１４を介して煙突１５から大気中に排出できるようになっている。また、処理装置１０には排気管１４の途中から分岐する別の排気管１６が備えられ、この排気管１６を通って吸着後のオフガスの一部を冷却ゾーン１３ｃに供給できるようになっている。なお、オフガスは吸着ゾーン１３ａを通過する際に吸着剤と熱交換されて冷却されるようになっている。
尚、吸着ゾーンの温度（相対的低温）は２５〜７５℃の範囲が好ましく、２５〜５０℃の範囲がより好ましい。
【００２３】
冷却ゾーン１３ｃの下側には前述の排気管１６が接続され、この排気管１６を介して供給されたオフガスによって、加熱ゾーン１３ｂで加熱された吸着剤を冷却できるようになっている。また、冷却ゾーン１３ｃの吸着ゾーン１３ａに隣接する側には別の排気管１７が接続され、冷却ゾーン１３ｃを通過したオフガスがこの排気管１７を通って加熱ゾーン１３ｂに供給されるようになっている。なお、オフガスは冷却ゾーン１３ｃを通過する際に吸着剤と熱交換されて加熱されるようになっている。
【００２４】
加熱ゾーン１３ｂの上側には前述の排気管１７が接続され、この排気管１７には加熱装置１８が取り付けられている。そして、加熱装置１８によって更に加熱されたオフガスが加熱ゾーン１３ｂに供給されることにより、加熱ゾーン１３ｂ内の吸着剤が加熱され、二酸化炭素を脱着するようになっている。また加熱ゾーン１３ｂの下側には別の排気管１９が接続され、加熱ゾーンで脱着された二酸化炭素がこの排気管１９を介してＣＯ２回収タンク２０に回収されるようになっている。尚、脱着ゾーンの温度（相対的高温）は１００〜２００℃の範囲が好ましく、１５０〜２００℃の範囲がより好ましい。
【００２５】
更にこの処理装置１０には、排気管１９の途中から分岐して加熱ゾーン１３ｂに接続される分岐配管２３（分岐路）が備えられ、この分岐配管２３によって、脱着された二酸化炭素の一部を脱着ゾーン１３ｂに再循環するようになっている。また、この分岐配管２３の途中には再加熱装置（再加熱部）２４が設けられ、二酸化炭素を脱着ゾーン１３ｂに再循環させる前に再加熱できるようになっている。再加熱装置（再加熱部）２４による二酸化炭素の再加熱温度は１００〜２００℃の範囲が好ましく、１５０〜２００℃の範囲がより好ましい。
この分岐配管２３（分岐路）が備えられることで、脱着ゾーン１３ｂに高温の二酸化炭素を再循環させることができ、脱着ゾーン１３ｂの温度を高く維持して吸着剤の脱着効率を向上させることができる。
【００２６】
回転吸着塔１３に充填される吸着剤２１にはゼオライトが用いられる。このゼオライトは、いわゆるＸ型ゼオライトと呼ばれるものが好ましい。ここでＸ型ゼオライトとは、（Ｎａ２Ｏ）ｎ（ＳｉＯ２）ｍ（Ａｌ２Ｏ３）ｎで表されるゼオライトであり、特に本発明においては、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比（ｍ／ｎ）が２〜２．５の範囲のＸ型ゼオライトを用いることが好ましく、ゼオライト分子内のカチオン置換基をＬｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒに置換したものがより好ましい。
また、上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲の低シリカＸ型ゼオライト（ＬＳ（ＬｏｗＳｉｌｉｃａｔｅ）Ｘ型ゼオライト）であって、ＬｉまたはＣａを置換カチオンとするものが更に好ましい。
更に上記ゼオライトとして、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０の低シリカＸ型ゼオライトであって、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとするものが更に好ましく、特にＬｉを置換カチオンとするものが最も好ましい。
【００２７】
上記のゼオライトを用いることにより、従来乾式吸着法に使われていたＮａ置換Ｘ型ゼオライトよりも二酸化炭素の吸着量を大幅に改善し、濃縮率を高めることができる。
【００２８】
これらの吸着剤は前述したように、処理装置１０における圧損を低く抑えるため、ハニカム形状に成形して使用するのが好ましい。それによって、１００万Ｎｍ３  ／ｈ程度の規模の処理装置においても圧損を５０ｍｍＡｑ以下に抑えることができる。
【００２９】
次に、この処理装置１０による二酸化炭素の処理方法について説明する。
【００３０】
燃焼器１１の運転により排出された二酸化炭素を含む排ガスは、排気管１２を通って回転吸着塔１３に導入される。排ガス中の二酸化炭素は、吸着搭１３内のハニカム筒２２が吸着ゾーン１３ａを通過する際に吸着剤２１に吸着される。即ち、回転吸着搭１３の吸着ゾーン１３ａでは、燃焼器１１からの排ガス（例えば、温度１５０〜２００℃、二酸化炭素の濃度１０〜１５体積％）が相対的低温（例えば２５〜５０℃程度）で導入されて二酸化炭素が吸着される。二酸化炭素がおよそ９５％除去されたオフガスは、排気管１４を介して煙突１５により大気中に排出されるが、オフガスの一部は取り出されて排気管１６により、吸着搭１３の冷却ゾーン１３ｃに下側から導入されて吸着剤２１を１００〜１５０℃程度に冷却して活性化する。
【００３１】
なお、排気管１６により取り出されるオフガスは、最終的には脱着される二酸化炭素のパージガスとなるので、二酸化炭素の濃縮率を向上させるためには、このオフガス量をできるだけ少なくすることが好ましく、例えば、オフガス全量のうちの５分の１〜２０分の１程度にすることが好ましい。
【００３２】
冷却ゾーン１３ｃから排出されたオフガスは、排気管１７を通じて回転吸着搭１３の加熱ゾーン１３ｂに導入されるが、この間に加熱装置１８により相対的高温（例えば１５０〜２００℃程度）に加熱される。このオフガス熱によって、吸着搭１３内のハニカム筒２２が脱着ゾーン１３ｂを通過する際に加熱され、これにより吸着ゾーン１３ａで吸着剤２１に吸着された二酸化炭素が脱着されて、排気管１９を通じてオフガスにより搬送され、ＣＯ２回収タンク２０に送られる。
【００３３】
また、排気管１９により搬送される二酸化炭素を含むオフガスは、その一部が分岐配管２３によって回転吸着塔１３の脱着ゾーン１３ｂに送られる。その際、二酸化炭素を含むオフガスは再加熱装置２４により１５０〜２００℃に加熱される。このように、再加熱された二酸化炭素を含むオフガスを脱着ゾーン１３ｂに再循環させることで、脱着ゾーン１３ｂの温度を高く維持して吸着剤の脱着効率を向上することができる。また、二酸化炭素を含むオフガスを再循環させるので、このオフガスに対して新たに脱着した二酸化炭素が加わることで、二酸化炭素濃度を高めることができ、濃縮効率を向上することができる。
【００３４】
なお、分岐配管２３により再循環させるオフガス量は、例えば、オフガス全量のうちの５分の１〜２０分の１程度にすることが好ましい。
【００３５】
本実施形態の二酸化炭素処理装置は、いわゆる温度スイング法を用いた処理装置であり、真空ポンプの消費電力や廃液処理、機器の腐食等の保守に要するランニングコストを低下させることができる。
また、分岐配管２３によって脱着された二酸化炭素の一部を吸着ゾーンに再循環させることができるので、二酸化炭素の脱着効率をより向上させることができ、さらに濃縮率も向上できる。
【００３６】
また、本実施形態の二酸化炭素の処理方法は、温度スイング法を用いて処理する乾式方法であり、真空ポンプの消費電力や廃液処理、機器の腐食等の保守に要するランニングコストを低下させることができる。
【００３７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００３８】
図１に示す処理装置１０の回転吸着塔１３に下記表１に記載の吸着剤２１をそれぞれ充填した状態で、回転吸着塔１３に対し、ガス温度２５℃、入口濃度１５体積％の二酸化炭素を含む排ガスを導入し、この排ガスを充填した吸着剤に吸着させることにより、各吸着剤の吸着量を調べた。結果を図３に示す。尚、用いたゼオライトは、いずれも各カチオン種を１００％置換した低シリカＸ型ゼオライトであった。
【００３９】
【表１】
2004344703.tif 000003
【００４０】
図３に示すように、従来から用いられているＮｏ６のＮａ置換Ｘ型ゼオライト（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比＝２．３）では、吸着剤１ｇに対する二酸化炭素の吸着量が約３２ｍｌＮであるのに対し、同じＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比（＝２．３）を示すＣａまたはＬｉ置換ゼオライト（Ｎｏ７、８）では１ｇ当たりの吸着量がそれぞれ５６ｍｌＮ（Ｎｏ７），６０ｍｌＮ（Ｎｏ８）となり、吸着量が大幅に向上していることが分かる。
【００４１】
また、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比を２．０としたゼオライト（Ｎｏ１〜５）では、吸着量が更に向上していることが分かる。同じカチオン種置換ゼオライト同士で比較した場合でも、例えばＮａ置換ゼオライトではＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．３から２．０になるに従い、吸着量が３２ｍｌＮから３８ｍｌＮに向上している。とくに、Ｌｉ置換ゼオライトはＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０のときに７０ｍｌＮを示しており、これは従来の  Ｎａ置換Ｘ型ゼオライト（２．３）に比べて約２．２倍の吸着量であり、調査した中で最大の吸着量を示すことがわかる。
【００４２】
従って図３の結果から、本発明の二酸化炭素の処理方法並びに処理装置に最適なゼオライトとしては、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲の低シリカＸ型ゼオライトであってＬｉまたはＣａを置換カチオンとしたものが好ましく、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０の低シリカＸ型ゼオライトであってＬｉ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒを置換カチオンとしたものが更に好ましく、Ｌｉを置換カチオンとしたものが特に好ましいことがわかる。
【００４３】
因みに、この処理装置の操作条件とその性能の１例を示すと、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０のＬｉ置換Ｘ型ゼオライトを吸着剤として用い、吸着温度４０℃、再生温度２００℃、吸着塔の回転数６ｒｐｈ、空塔速度２ｍ／ｓｅｃ、排ガス中の二酸化炭素濃度１２体積％、入口ガス量５０ｍ３Ｎ／ｈとした場合に、二酸化炭素除去率が９０％、二酸化炭素濃縮率が３倍、吸着剤負荷が１２０ｍ３Ｎ／ｈ／ｔｏｎ、必要熱量０．１ｋＷｈ／ｍ３Ｎであった。すなわち、排気管１２における排ガス中の二酸化炭素濃度１２体積％に対して、排気管１９における二酸化炭素濃度は３６体積％になった。
【００４４】
次に、図１に示す処理装置１０の回転吸着塔１３に下記表２に記載の吸着剤２１をそれぞれ充填した状態で、回転吸着塔１３に排ガスを導入し、排ガス中の二酸化炭素を吸着剤に吸着させることによって、各吸着剤の吸着量を調べた。結果を図４に示す。なお、排ガスの入口温度を２５℃とし、排ガス中に含まれる二酸化炭素濃度を１５体積％とし、入口ガス量を１５０ｍ３Ｎ／ｈとした。尚、用いた吸着剤２１は、いずれも各カチオン種を１００％置換した低シリカＸ型ゼオライトであった。
【００４５】
【表２】
2004344703.tif 000004
【００４６】
図４に示すように、試験Ｎｏ１１のリチウム置換Ｘ型ゼオライト（Ｌｉ−Ｘ）はＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲で６０ｍｌＮ以上のＣＯ２吸着量を示し、極めて高い吸着量を示すことが分かる。また、試験Ｎｏ１０のカルシウム置換Ｘ型ゼオライト（Ｃａ−Ｘ）はＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲で５０ｍｌＮ以上のＣＯ２吸着量を示し、こちらも高い吸着量を示すことが分かる。また、試験Ｎｏ９〜１３の各ゼオライトにおいては、カルシウムを除いてＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０の時にいずれも高い吸着量を示すことが分かる。
このように、各種カチオンで置換したＸ型ゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２〜２．３の範囲で、いずれも二酸化炭素に対して高い吸着性能を示すことがわかる。
【００４７】
次に、試験例Ｎｏ９〜Ｎｏ１３の吸着剤のうち、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比を２．０にしたものについて、吸着量の温度依存性を調査した。なお、排ガスの入口温度を２５〜２００℃とし、排ガス中に含まれる二酸化炭素濃度を１５体積％とし、入口ガス量を１５０ｍ３Ｎ／ｈとした。
図５に、二酸化炭素の吸着量の吸着温度依存性を示す。
【００４８】
図５に示すように、排ガスの温度が低くなるほどＣＯ２吸着量が増加することが分かる。図５に示すように、吸着温度が５０℃以下でどの吸着剤も３０ｍｌＮ／ｇ以上の吸着量を示し、特にリチウム置換のＸ型ゼオライト（Ｌｉ−Ｘ）の場合、温度５０℃以下で６０ｍｌＮ／ｇ以上の吸着量を示しており、極めて高い吸着性を示すことが分かる。一方、吸着温度が１００℃以上になると、どの吸着剤も５０℃の場合に比べて吸着量が大幅に低減しており、相対的高温時と相対的低温時における吸着量の差が大きくなっていることがわかる。従って、吸着時の温度を２５〜５０℃とし、脱着時の温度範囲を１００℃以上とすることで、吸脱着効率を高くできることが分かる。
【００４９】
次に、試験例Ｎｏ９〜Ｎｏ１３の吸着剤のうち、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比を２．０にしたものについて、カチオン種の交換量を０〜１００％の範囲で変化させた場合の二酸化炭素の吸着量への影響を調査した。
なお、排ガスの入口温度を２５℃とし、排ガス中に含まれる二酸化炭素濃度を１５体積％とし、入口ガス量を１５０ｍ３Ｎ／ｈとした。
図６に、排ガス中の二酸化炭素の吸着量のカチオン交換量依存性を示す。
【００５０】
図６に示すように、どの吸着剤についても、カチオン交換量が７０モル％を超えた付近から吸着量が急激に増大し、カリウム置換量が１００モル％となったときに、Ｌｉ−Ｘの場合で吸着量が７０ｍｌＮ／ｇとなり、他の吸着剤についても４５〜５５ｍｌＮ／ｇの範囲まで上昇していることがわかる。従って、カチオン置換量を７０モル％以上にすることで、吸脱量を大幅に増加できることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の二酸化炭素の処理方法は、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｒ等のカチオン置換Ｘ型ゼオライトを吸着剤として、排ガス中から二酸化炭素を相対的低温で吸着して濃縮し、次いで吸着した二酸化炭素を相対的高温で脱着して除去する乾式方法であり、濃縮率が高いので極めて経済的に二酸化炭素を回収できる。
【００５２】
また、本発明の二酸化炭素処理装置を用いることにより、二酸化炭素の吸着から回収まで連続的に処理でき、濃縮率が高いので装置がコンパクトで保守が簡単であり、加熱のための熱量や薬品処理等に要するランニングコストを低下させ、極めて効率の高い実用的な装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である処理装置を示す模式図。
【図２】回転吸着塔の内部構造を示す斜視図。
【図３】各吸着剤の二酸化炭素吸着量を示すグラフ。
【図４】各吸着剤のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比と二酸化炭素吸着量との関係を示すを示すグラフ。
【図５】各吸着剤の二酸化炭素吸着量と吸着温度との関係を示すを示すグラフ。
【図６】各吸着剤のカチオン交換量と二酸化炭素吸着量との関係を示すを示すグラフ。
【符号の説明】
１０  処理装置（二酸化炭素処理装置）
１３  回転吸着塔
１３ａ  吸着ゾーン
１３ｂ  脱着ゾーン
１３ｃ  冷却ゾーン
２１  吸着剤
２３  分岐配管（分岐路）
２４  再加熱装置（再加熱部）
Ｏ  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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