(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガスを含有する被処理ガスから特定のガスを分離・回収するガス回収方法であって、多孔質物質の表面に疎水性層および親水性層を順次積層し、この親水性層の表面に、特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成し、この液膜に加圧した被処理ガスを接触させることにより液膜内に被処理ガス中の特定ガスを吸収させた後、この液膜内に吸収した特定ガスを圧力差を利用し多孔質物質を通過させて回収するとともに、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収して、この回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収することを特徴とするガス回収方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回収液から特定ガスを放出させて得られたイオン性液体を循環させて、再び液膜の形成に用いることを特徴とするガス回収方法。
【請求項３】
複数のガスを含有する被処理ガスから特定のガスを分離・回収するガス回収装置であって、回収装置本体内に加圧した被処理ガスと接触する多孔質物質を設けるとともに、この多孔質物質の表面に順次積層された疎水性層および親水性層と、この親水性層の表面に特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成するイオン性液体の供給部と、この液膜内に吸収された特定ガスを多孔質物質を通過させて回収するガス回収部と、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収してこの回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収する回収部とを設けたことを特徴とするガス回収装置。
【請求項４】
請求項３に記載のガス回収装置において、供給部と回収部とはイオン性液体を循環させるフィードバック経路により連結されていることを特徴とするガス回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気体を含むガス状物質から特定ガスのみを選択して分離・回収することができるガス回収方法および装置に関するものである。更に詳しくは、イオン性液体を用いてＣＯ２ガスを選択的に効率良く分離・回収することができるガス回収方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の気体を含むガス状物質から特定ガスを選択して分離・回収する技術としては、例えばアルカノールアミン法、膜分離法、化学吸収法など種々のものが実用化されている。また、最近では特に地球温暖化の防止から、焼却炉や発電所等から出る排ガス中のＣＯ２ガスを効率よく回収・除去する技術の研究が進められている。
【０００３】
このうちスクラバーに代表されるアルカノールアミン法（例えば、特許文献１を参照）は大規模化が容易であり広く普及しているが、使用するガス吸収液再生のエネルギーロスが大きいという問題点やガス吸収液の劣化が激しいという問題点があり、更に低コスト化が限界に近づいているというのが現状であった。また、膜分離法は膜が高価であるうえにガス回収率が低いという問題点があり、化学吸収法はセラミックス等の吸収材が劣化して寿命が短いという問題点があった。
従って、ＣＯ２ガス排出量削減の観点から、小規模なものから大規模のものまで適用範囲が広く、かつエネルギーロスも少なく効率的な処理ができる新たなガスの回収方法の開発が望まれていた。
【特許文献１】特開平７−１００３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような問題点を解決して、特定のガスを高い濃度で効率よく回収することができ、またエネルギーロスも小さく、しかも小型から大型のものまで広範囲の排ガス装置に適用することができるガス回収方法および装置を提供することを目的として完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明のガス回収方法は、複数のガスを含有する被処理ガスから特定のガスを分離・回収するガス回収方法であって、多孔質物質の表面に疎水性層および親水性層を順次積層し、この親水性層の表面に、特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成し、この液膜に加圧した被処理ガスを接触させることにより液膜内に被処理ガス中の特定ガスを吸収させた後、この液膜内に吸収した特定ガスを圧力差を利用し多孔質物質を通過させて回収するとともに、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収して、この回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明のガス回収装置は、複数のガスを含有する被処理ガスから特定のガスを分離・回収するガス回収装置であって、回収装置本体内に加圧した被処理ガスと接触する多孔質物質を設けるとともに、この多孔質物質の表面に順次積層された疎水性層および親水性層と、この親水性層の表面に特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成するイオン性液体の供給部と、この液膜内に吸収された特定ガスを多孔質物質を通過させて回収するガス回収部と、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収してこの回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収する回収部とを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、多孔質物質の表面に疎水性層および親水性層を順次積層し、この親水性層の表面に特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成し、この液膜に加圧した被処理ガスを接触させることにより液膜内に被処理ガス中の特定ガスを吸収させた後、この液膜内に吸収した特定ガスを圧力差を利用し多孔質物質を通過させて回収するとともに、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収して、この回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収するという液膜分離法と物理吸収法の組み合わせにより、処理ガスから特定のガスを高い濃度で効率よく回収することが可能となる。また、エネルギーロスも小さくてすみ、更には多孔質物質の詰まりも防止できて効率的な処理ができることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明に係る装置の実施の形態を示す概略図である。本発明では、例えば焼却炉や発電所等から出る複数のガスを含有した排ガスの中から、二酸化炭素（ＣＯ２）、亜酸化窒素、メタン等の特定のガスを効率よく回収することを目的とし、特にＣＯ２ガスを回収することを目的としている。
【０００９】
図において、１は密閉型の回収装置本体、２は被処理ガス中の特定ガスを選択的に通過させる多孔質物質である。この多孔質物質２はセラミックやゼオライト等の無機性のものであり、板状体や筒状チューブ等を用いることができる。なお、図示のものでは多数の貫通孔２ａを設けたレンコン状のセラミック製筒体を用いている。また、３は被処理ガスの供給部、４は排出部である。
また、この多孔質物質２の上部には、多孔質物質２の表面を移動して被処理ガス中の特定ガスを選択的に吸収する液膜を形成するようにイオン性液体を供給するための供給部５ａが設けられている。なお、１０は後述するように、液膜により分離されたＣＯ２の回収部である。
【００１０】
ここでイオン性液体とは、常温溶融塩とも称され、水とも有機溶剤とも異なる新しい溶媒であり、常温域である１０〜１００℃の領域において液体で存在し、蒸気圧はゼロである。また、ガス／液において選択的な吸収能を有し、特定のガスのみを液内に溶解吸収することができる。
例えば、［化１］に示すイミダゾリウム塩の場合、アニオン（ＰＦ６−）の形態がＣＯ２に近いため、ＣＯ２ガスに対し選択的な吸収能を発揮することとなる。同様に、アニオンの形態が亜酸化窒素、メタン等の特定のガスに近いイオン性液体を選べば、被処理ガス中からそのガスのみを選択的に吸収することができ、結果として複数のガスを含有する被処理ガス中から特定のガスのみを分離することが可能となる。
【００１１】
【化１】
0004621575.tif 000002
【００１２】
本発明ではこの選択的な吸収能に着目し、イオン性液体を特定のガスの分離媒体として利用する。更に、例えばイミダゾリウム塩は、１０ａｔｍのＣＯ２と接触させるとモル比で０．２物理溶解することとなり、水の場合の約１００倍の溶解量を確保できるため、少量のイミダゾリウム塩で大量のＣＯ２を吸収できることとなる。また、従来のアミン溶液等による吸収の場合は化学溶解であったのに対し、イオン性液体の場合は物理溶解であるため、吸収した特定ガスの放出もたとえば圧力開放のみで行うことができ、エネルギーロスもほとんどなくなる（化学溶解では加熱して放出させるため、大きな加熱エネルギーが必要となる）。
【００１３】
そして本発明では、多孔質物質の表面に疎水性層および親水性層を順次積層し、この親水性層の表面に、特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成し、この液膜に加圧した被処理ガスを接触させることにより、イオン性液体の選択的な吸収能によって液膜内に被処理ガス中の特定ガスを吸収させる。
次いで、この液膜内に吸収した特定ガスを、加圧した被処理ガスが流動して高い圧力状態にある高圧側と、液膜および多孔質物質により隔てられた低圧側の圧力差を利用して、低圧側へ移動させ、更に、多孔質物質を通過させて回収部１０より回収する。一方、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜も下方部の回収部５ｂで回収して、この回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収するのである。
即ち、液膜分離法と物理吸収法の組み合わせにより、特定のガスを高い濃度で効率よく回収するのである。
この場合、多孔質物質の表面を移動させて形成した液膜は流動しているため常に新鮮な膜状態にあり、特定のガスを効率良く分離処理することができることとなり、また被処理ガス中のゴミ等の不純物も流動してしまうため多孔質物質の孔に付着して詰まることがなくなり、長時間にわたって安定した液膜分離処理が保証されることとなる。
【００１４】
なお、多孔質物質の表面に疎水性層および親水性層を設けるのは、液膜との接触側が親水性を示すことで均一で薄い液膜の形成を可能とし、また多孔質物質との接触側が疎水性を示すことで液膜を形成するイオン性液体が多孔質物質を通過するのを防止するためである。
【００１５】
図２は、多孔質物質２の一例を示すものであるが、セラミックからなる多孔質物質２の表面（加圧した被処理ガスの流路側）に、疎水性層６ａ、親水性層６ｂ、液膜７を順次積層した構造となっている。
疎水性層６ａとしては、例えば窒化物や炭化物などの疎水性セラミックを用いることができ、親水性層６ｂとしてはアルミナ、チタニア、ジルコニア等の酸化物などの親水性セラミックを用いることができる。
【００１６】
また図示のものでは、被処理ガスは多孔質物質２内を下方側から上方側へ向かう上降流とされており、一方、イオン性液体は上部の供給部５ａから供給されて、多孔質物質表面上を重力により上方から下方へ移動する液膜７が形成されて、被処理ガスと液膜とがカウンターフローとされている。
この他、イオン性液体の多孔質物質表面上の移動が、被処理ガスによって下方から上方へ吹き上げられることによる移動とすることもできる。
【００１７】
また、本発明では多孔質物質２の表面を移動し終わった液膜７を回収し、更にこの回収液を気液分離して特定ガスを放出させ、得られたイオン性液体を循環させて再び液膜の形成に用いるよう構成されている。
図１において、２は回収装置本体１に取り付けられる分離器８であり、液膜中から吸収した特定ガスを気液分離して放出させるものである。また、９は該分離器８で得られたイオン性液体を前記供給器５に循環させるためのフィードバック経路９である。
このようにイオン性液体を循環させて再び液膜の形成に用いることで、少量のイオン性液体で処理が可能となり、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００１８】
以上の説明からも明らかなように、本発明は多孔質物質の表面に、特定ガスの選択的な吸収能を有するイオン性液体を移動させて液膜を形成し、この液膜に加圧した被処理ガスを接触させることにより液膜内に被処理ガス中の特定ガスを吸収させた後、この液膜内に吸収した特定ガスを圧力差を利用し多孔質物質を通過させて回収するとともに、多孔質物質の表面を移動し終わった液膜を回収して、この回収液に吸収されている前記特定ガスを放出させて回収するという液膜分離法と物理吸収法の組み合わせにより、特定のガスを高い濃度で効率よく回収することができることとなり、またエネルギーロスも小さくてすむ。更には、多孔質物質の詰まりも防止することができ、安定した液膜分離処理が保証されることとなり、またイオン性液体も少量ですむため安価に回収処理が行なえるという利点もある。
【実施例】
【００１９】
図３に示すガス回収装置を用い、火力発電所の排ガスを模擬した排ガス（ＣＯ２濃度が１５ｖｏＬ％）を被処理ガスとしてＣＯ２ガスを回収した。処理温度や圧力、多孔質物質の材質やサイズ、イオン性液体の種類等は［表１］に示すとおりである。また、液膜の厚みは０．１ｃｍとした。なお、表中に上記の各種条件の推奨条件を記載する。
【００２０】
【表１】
0004621575.tif 000003
【００２１】
この結果、図中の（Ａ）〜（Ｅ）における排ガスの濃度は次のとおりであった。
（Ａ）被処理ガス      温度４０℃、流量５．０Ｌ／ｍｉｎ、
ＣＯ２０．７５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２４．２５Ｌ／ｍｉｎ
（Ｂ）イオン性液体    流量０．８ｍｏＬ／ｍｉｎ（０．３Ｌ／ｍｉｎ）
（Ｃ）排ガス          ＣＯ２０．１４Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２４．２５Ｌ／ｍｉｎ
ＣＯ２回収率８１．１％
（Ｄ）回収ガス（１）  ＣＯ２０．４１Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２４．１Ｅ−０３Ｌ／ｍｉｎ
ＣＯ２濃度９９．０％
（Ｄ）回収ガス（２）  ＣＯ２０．２Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２０．０００４Ｌ／ｍｉｎ
ＣＯ２濃度９９．８％
（０．１ＭＰａに減圧して回収）
【００２２】
被処理ガス（Ａ）と排ガス（Ｃ）のＮ２濃度がともに４．２５Ｌ／ｍｉｎであるのに対して、ＣＯ２濃度は、被処理ガス（Ａ）では０．７５Ｌ／ｍｉｎで、排ガス（Ｃ）では０．１４Ｌ／ｍｉｎであり、Ｎ２ガスは吸収されずに、ＣＯ２ガスのみが選択的に吸収処理されていることが確認できた。また、ＣＯ２ガスは多孔質物質による液膜分離で０．４１Ｌ／ｍｉｎ（回収ガス（１）を参照）と、物理吸収で０．２Ｌ／ｍｉｎ（回収ガス（２）を参照）と、効率よく、かつ高濃度で効率良く回収できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る装置の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の多孔質物質の表面を示す拡大断面図である。
【図３】実施例の装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  回収装置本体
２  多孔質物質
５ａ  供給部
５ｂ  回収部
６ａ  疎水性層、
６ｂ  親水性層
７  液膜
８  分離器
９  フィードバック経路
１０  液膜により分離されたＣＯ２の回収部
【図１】
0004621575.tif 000004
【図２】
0004621575.tif 000005
【図３】
0004621575.tif 000006