(57)【要約】【課題】二酸化炭素の吸収放出に要する熱エネルギーを有効に使用する。【解決手段】  被処理ガスを予熱する被処理ガス予熱器２と、二酸化炭素吸収材５が収納され、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収反応器６と、二酸化炭素吸収反応器から排出される処理ガスの熱を回収して被処理ガス予熱器に供給する処理ガス熱回収器８と、二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材１１が収納され、加熱ガスにて吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出反応器１２と、二酸化炭素放出反応器へ供給する加熱ガスを生成する加熱ガス生成器１０と、二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素の熱を回収する放出ガス熱回収器９とを備えている。【選択図】      図１
2005161220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された被処理ガスに含まれる二酸化炭素の一部を分離回収して出力するガス処理装置において、
前記入力された被処理ガスを予熱する被処理ガス予熱器と、
二酸化炭素を可逆的に吸収放出する少なくともリチウム複合酸化物を含有する二酸化炭素吸収材が収納され、前記被処理ガス予熱器で予熱された被処理ガスに含まれる二酸化炭素を前記二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収反応器と、
この二酸化炭素吸収反応器から排出される二酸化炭素が吸収された後の処理ガスの熱を回収して前記被処理ガス予熱器に供給する処理ガス熱回収器と、
前記二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材が収納され、供給された加熱ガスにて前記吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出反応器と、
この二酸化炭素放出反応器へ供給する加熱ガスを生成する加熱ガス生成器と、
前記二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素の熱を回収する放出ガス熱回収器と
を備えたことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記二酸化炭素吸収材は、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの少なくともいずれか一方と、リチウム複合酸化物とを含むことを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。
【請求項３】
加熱ガス媒体を前記放出ガス熱回収器で回収された熱で予熱する加熱ガス予熱器を備え、
前記加熱ガス生成器は、入力された燃焼ガスの燃焼熱によって前記加熱ガス予熱器で予熱された加熱ガス媒体を加熱して加熱ガスとして前記二酸化炭素放出反応器へ供給する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理装置。
【請求項４】
前記放出二酸化炭素の一部を前記加熱ガス媒体として前記加熱ガス予熱器へ供給することを特徴とする請求項３記載のガス処理装置。
【請求項５】
炭素含有燃料と水素含有ガスとの少なくともいずれか一方と、酸素ガスとを含む燃焼ガスを予熱する燃焼ガス予熱器を備え、
前記加熱ガス生成器は、前記燃焼ガス予熱器で予熱された燃焼ガスを加熱して加熱ガスとして前記二酸化炭素放出反応器へ供給する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のガス処理装置。
【請求項６】
前記被処理ガスにおける入力されてから前記二酸化炭素吸収反応器に導入されるまでの経路に脱硫工程を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項７】
前記二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との構造及び二酸化炭素吸収材の収納形態を同一とし、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素の吸収及び放出を前記二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行うガス流路の切換え手段を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項８】
二酸化炭素吸収材及び吸収済み二酸化炭素吸収材を前記二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で循環移送することによって、二酸化炭素の吸収及び放出を前記二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行う吸収材移送手段を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項９】
二酸化炭素吸収反応器の個数を２個以上とし、前記被処理ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素吸収反応器に収納した二酸化炭素放出後の二酸化炭素吸収材の熱を、被処理ガス予熱に利用することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１０】
二酸化炭素放出反応器の個数を２個以上とし、加熱ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素放出反応器から排出される加熱ガスの熱を、下流側に配される二酸化炭素放出反応器内の吸収済み二酸化炭素吸収材の昇温予熱に利用することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１１】
前記リチウム複合酸化物は、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフェライトから選ばれる少なくとも1つのリチウム複合酸化物であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１２】
前記処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を利用して、水蒸気と温水との少なくともいずれか一方を製造することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１３】
前記処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を発電システムに利用することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１４】
前記処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を水素製造システムに利用することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のガス処理装置。
【請求項１５】
前記二酸化炭素放出反応器から出力され放出ガス熱回収器で熱回収された放出二酸化炭素を液化二酸化炭素製造システムへ供給することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラー、ガスタービン、ガスエンジン、燃焼炉等の燃焼装置、メタン発酵等の微生物処理装置、また燃料電池や水素製造等の炭素含有物質の改質処理装置などから発生する二酸化炭素を含有する被処理ガスから二酸化炭素を分離回収して出力するガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を引き起こす原因の一つとして、二酸化炭素による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となっている。
【０００３】
この二酸化炭素は、人類の膨大なエネルギー利用を賄うために各国で化石燃料（含炭素燃料）を消費してエネルギーを産出する際に排出されるものであり、上述した温室効果を低減して温暖化減少を抑制するために、今後、化石燃料燃焼時の二酸化炭素排出規制が一層強化される傾向にある。
【０００４】
したがって、各国では、化石燃料以外の代替エネルギーの研究とともに、大量の化石燃料を使用する発電プラント等のエネルギー発生設備を対象に、化石燃料燃焼時に排出された排ガス中の二酸化炭素の回収方法、および回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。
【０００５】
二酸化炭素回収方法の一例として、エタノールアミン誘導体を用いるアミン法による二酸化炭素回収方法が非特許文献１に提唱されている。
【０００６】
さらに、二酸化炭素含有ガスを金属酸化物と接触させてガス中に含まれる二酸化炭素と金属酸化物とを反応させて金属炭酸塩を形成させ、この金属炭酸塩を純酸素で燃料を燃焼させる際に得られる燃焼熱によって熱分解させて二酸化炭素を分離する手法が特許文献１に提唱されている。
【非特許文献１】「エネルギー・資源」、エネルギー・資源学会発行、vol.23, No.5,307-311, (2002年)
【特許文献１】特開平８―２４５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のアミン法を用いた燃焼排ガスからの二酸化炭素分離回収方法は、二酸化炭素分離材料としてエタノールアミン水溶液を用いており、そのエタノールアミン水溶液の単位体積当たりの二酸化炭素吸収量が大きくないため、大流量のアミン水溶液を循環させる必要あり、ポンプ動力を大量に消費する。
さらに、従来のアミン法を用いた二酸化炭素分離回収方法においては、二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミン水溶液を加熱する際に必要な大量の熱エネルギーは、低温廃熱として他に利用されることなく破棄されるため、二酸化炭素分離回収システム全体の熱効率及びエネルギー効率を低下させる。
また、金属酸化物にガス中に含まれる二酸化炭素を吸収させるためには金属酸化物及びガスを高温に維持し、さらに、金属炭酸塩から二酸化炭素を放出させるためには金属炭酸塩を加熱する必要があるので、二酸化炭素分離装置全体の熱効率およびエネルギー効率を低下させる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、供給した熱エネルギーを外部に放出することなく再利用することにより、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減し、この処理装置及びこの処理装置が組込まれたエネルギープラント全体のエネルギー効率を向上可能なガス処理装置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】
【０００８】
上記課題を解消するために、本発明は、入力された被処理ガスに含まれる二酸化炭素の一部を分離回収して出力するガス処理装置において、入力された被処理ガスを予熱する被処理ガス予熱器と、二酸化炭素を可逆的に吸収放出する少なくともリチウム複合酸化物を含有する二酸化炭素吸収材が収納され、被処理ガス予熱器で予熱された被処理ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材に吸収させる二酸化炭素吸収反応器と、この二酸化炭素吸収反応器から排出される二酸化炭素が吸収された後の処理ガスの熱を回収して被処理ガス予熱器に供給する処理ガス熱回収器と、二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材が収納され、供給された加熱ガスにて吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出反応器と、この二酸化炭素放出反応器へ供給する加熱ガスを生成する加熱ガス生成器と、二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素の熱を回収する放出ガス熱回収器とを備えている。
【０００９】
被処理ガスに含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収反応器内で二酸化炭素吸収材に吸収させるために、被処理ガスを高温に予熱する必要がある。高温状態で被処理ガスに含まれる二酸化炭素が二酸化炭素吸収材に吸収された後の処理ガスの温度は高温である。処理ガス熱回収器を用いて、この処理ガスが有する熱を回収して被処理ガス予熱器に供給している。すなわち、外部から被処理ガス予熱器に供給した熱エネルギーの一部を被処理ガス予熱器で再利用している。  
したがって、このガス処理装置の外部から被処理ガス予熱器に供給すべき熱エネルギーを節減できる。
【００１０】
また、別の発明は、上記発明のガス処理装置において、二酸化炭素吸収材は、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの少なくともいずれか一方と、リチウム複合酸化物とを含むことが望ましい。
【００１１】
また、別の発明は、上記発明のガス処理装置において、加熱ガス媒体を放出ガス熱回収器で回収された熱で予熱する加熱ガス予熱器を備えている。さらに、加熱ガス生成器は、入力された燃焼ガスの燃焼熱によって加熱ガス予熱器で予熱された加熱ガス媒体を加熱して加熱ガスとして二酸化炭素放出反応器へ供給する。
【００１２】
このような構成のガス処理装置においては、加熱ガスにて吸収済み二酸化炭素吸収材を加熱して二酸化炭素を放出させるので、二酸化炭素放出反応器から出力される放出二酸化炭素は高温である。この放出二酸化炭素の熱を放出ガス熱回収器で回収して、加熱ガス媒体の予熱に使用している。したがって、このガス処理装置の外部から加熱ガス生成器に供給する燃焼ガスの熱エネルギーを節減できる。
【００１３】
また、別の発明においては、放出二酸化炭素の一部を加熱ガス媒体として加熱ガス予熱器へ供給することによって、放出二酸化炭素の二酸化炭素濃度を上昇できる。
【００１４】
さらに、別の発明においては、炭素含有燃料と水素含有ガスとの少なくともいずれか一方と、酸素ガスとを含む燃焼ガスを予熱する燃焼ガス予熱器を備えている。そして、加熱ガス生成器は、燃焼ガス予熱器で予熱された燃焼ガスを加熱して加熱ガスとして二酸化炭素放出反応器へ供給する。
【００１５】
さらに、別の発明においては、被処理ガスにおける入力されてから二酸化炭素吸収反応器に導入されるまでの経路に脱硫工程を備えることによって、二酸化炭素吸収反応器に導入される被処理ガスに含まれる亜硫酸ガス成分等の不純ガス成分を除去できる。
【００１６】
さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との構造及び二酸化炭素吸収材の収納形態を同一とし、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行うガス流路の切換え手段を備えている。
【００１７】
このように構成することによって、二酸化炭素吸収反応器における二酸化炭素が吸収された吸収済み二酸化炭素吸収材を二酸化炭素放出反応器へ移動させる必要ない。さらに、二酸化炭素放出反応器における二酸化炭素が放出された後の二酸化炭素吸収材を二酸化炭素吸収反応器へ移動させる必要ない。
【００１８】
さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収材及び吸収済み二酸化炭素吸収材を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で循環移送することによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器と二酸化炭素放出反応器との間で交互に行う吸収材移送手段を備えている。  
このように構成することによって、先の発明とほぼ同じ効果を奏することができる。
【００１９】
さらに、別の発明においては、二酸化炭素吸収反応器の個数を２個以上とし、被処理ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素吸収反応器に収納した二酸化炭素放出後の二酸化炭素吸収材の熱を、被処理ガス予熱に利用するようにしている。
【００２０】
さらに、別の発明においては、二酸化炭素放出反応器の個数を２個以上とし、加熱ガスの流路の上流側に配する二酸化炭素放出反応器から排出される加熱ガスの熱を、下流側に配される二酸化炭素放出反応器内の吸収済み二酸化炭素吸収材の昇温予熱に利用するようにしている。
【００２１】
このように、二酸化炭素吸収反応器や二酸化炭素放出反応器を２個以上設けることによって、被処理ガスの温度を効率的に上昇させ、かつ吸収済み二酸化炭素吸収材の温度を効率的に上昇できる。
【００２２】
さらに、別の発明においては、リチウム複合酸化物は、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフェライトから選ばれる少なくとも1つのリチウム複合酸化物であることが望ましい。
【００２３】
さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を利用して、水蒸気と温水との少なくともいずれか一方を製造することが望ましい。
【００２４】
さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を発電システムに利用することが望ましい。
【００２５】
さらに、別の発明においては、処理ガス熱回収器と放出ガス熱回収器との少なくともいずれか一方で回収される回収熱を水素製造システムに利用することが望ましい。
【００２６】
さらに、別の発明においては、二酸化炭素放出反応器から出力され放出ガス熱回収器で熱回収された放出二酸化炭素を液化二酸化炭素製造システムへ供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
このように構成されたガス処理装置においては、被処理ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収するための反応に必要な外部から供給した熱エネルギーを外部に放出することなく再利用している。よって、二酸化炭素回収に要するエネルギーを削減でき、このガス処理装置のエネルギー効率を向上できる。
【００２８】
さらに、回収した熱エネルギーを、二酸化炭素発生源である発電・ボイラー等の含炭素燃料燃焼プロセスや、含炭素燃料の水素製造水蒸気改質プロセス、バイオガスプロセスの加温等へ供給することにより、二酸化炭素発生から二酸化炭素回収に至るまでのエネルギーシステム全体のエネルギー効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。
【００３１】
外部から入力された二酸化炭素を含有する被処理ガス１は被処理ガス予熱器２にて予熱される。この実施形態で示す二酸化炭素を含有する被処理ガス１とは、産業上生成または排出される二酸化炭素含有ガス全般を示し、例えば発電・ボイラー含炭素燃料の燃焼排ガス、含炭素燃焼から得られる水蒸気改質ガス、二酸化炭素を利用する諸工業工程での排出ガス、バイオガスなどがある。
被処理ガス予熱器２は、被処理ガス１を２０〜７００℃までの範囲の任意な設定温度域まで予熱可能な公知のガス加熱能を有する機器でよく、目的に合わせた型式が選ばれればよい。また、被処理ガス予熱器２は被処理ガス１の流路に沿って複数配してもよい。更に、被処理ガス予熱器２の熱源の一部として、ガス処理装置で回収される熱を利用すると、このガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
被処理ガス予熱器２で余熱された被処理ガス１は、配管３ａ及び開放された弁６ａを経由して、二酸化炭素吸収材５を充填する二酸化炭素吸収反応器６に供給され、被処理ガス１中に含有する二酸化炭素の一部が二酸化炭素吸収材５に吸収される。二酸化炭素吸収材５は、例えば、リチウムシリケート、リチウムジルコネート、リチウムフェライトで代表されるリチウム複合酸化物を使用することが好ましい。
リチウムジルコネートは、Li2ZrO3、Li4ZrO4の化学式で示されるものであり、リチウムフェライトはLiFeO2の化学式で示されるものである。また、リチウムシリケートはリチウムメタシリケート（Li2SiO3）とリチウムオルトシリケート（Li4SiO4）が知られている。このリチウムオルトシリケートが二酸化炭素CO2を吸収する次式の反応が特に好適である。
Li4SiO4＋CO2＝Li2SiO2+Li2CO3
また、二酸化炭素吸収材５の構造形態は、微粒子状、塊上、球状、ペレット状、ハニカム状等、メッシュ状等が挙げられるが、反応の運転形態に併せた構造形態を選べばよい。
なお、二酸化炭素吸収材５として、リチウム複合酸化物の他に、炭酸カリウム又は炭酸ナトリウム、あるいは炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとの両方を含めることも可能である。
【００３２】
二酸化炭素吸収反応器６内における二酸化炭素吸収材５と二酸化炭素との反応温度は、二酸化炭素吸収材５の組成、および被処理ガス１の組成から決定すればよい。例えば、二酸化炭素吸収材５に含まれるリチウム複合酸化物をリチウムシリケートとし、被処理ガス１の二酸化炭素濃度が５〜１０％では、反応温度５００〜６５０℃が好ましい。なお、二酸化炭素吸収反応器６内の気圧が１atm下では更に反応温度５２０〜６００℃が好ましい。
また、二酸化炭素吸収反応器６内での温度維持のため、適宜加熱手段を配するのも好ましい。この加熱手段は、ガス処理装置の運転形態に併せた手段を選べばよい。
さらに、被処理ガス１の二酸化炭素吸収反応器６に至る経路に脱硫工程を挿入して、二酸化炭素吸収材５に供給される被処理ガス１に含まれるに亜硫酸ガス成分等の不純ガス成分を除去することが好ましい。
二酸化炭素吸収反応器６内にて、二酸化炭素が二酸化炭素吸収材５に吸収された後の処理ガス７は、開放された弁６ｃ及び配管３ｂを経由して処理ガス熱回収器８にて熱回収される。この処理ガス熱回収器８にて回収された熱は被処理ガス予熱器２へ供給される。被処理ガス予熱器２は、外部から供給された熱にこの処理ガス熱回収器８にて回収された熱を加えた熱で、被処理ガス１を予熱する。
【００３３】
このように、処理ガス熱回収器８で得られる回収熱をガス処理装置内に配される被処理ガス予熱器２で利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
なお、処理ガス熱回収器８は任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。さらに、処理ガス熱回収器８を複数配してもよい。
【００３４】
なお、二酸化炭素吸収反応器６と放出ガス熱回収器９とを接続する配管３ｃの弁６ｂは閉鎖され、二酸化炭素吸収反応器６と加熱ガス生成器１０とを接続する配管３ｄの弁６ｄも閉鎖されている。
【００３５】
二酸化炭素放出反応器１２内には二酸化炭素を吸収した状態の吸収済み二酸化炭素吸収材１１が収納されている。この二酸化炭素放出反応器１２には、加熱ガス生成器１０から配管３ｄ及び開放された弁１２ｄを介して加熱ガス１３が供給される。吸収済み二酸化炭素吸収材１１は加熱ガス１３で加熱されると、高温の二酸化炭素の放出を行う。放出された高温の二酸化炭素は放出二酸化炭素１４として、開放された弁１２ｂ及び配管３ｃを介して放出ガス熱回収器９へ供給される。
【００３６】
放出ガス熱回収器９は、放出二酸化炭素１４の熱を回収して加熱ガス予熱器１５へ供給する。加熱ガス予熱器１５は、外部から供給された例えば二酸化炭素からなる加熱ガス媒体１６を予熱して加熱ガス生成器１０へ供給する。
【００３７】
含炭素燃焼および／または含水素燃料１７と酸素含有ガス１８は、それぞれ燃焼ガス予熱器１９ａ、１９ｂにて予熱されて加熱ガス生成器１０へ供給される。加熱ガス生成器１０は、供給された含炭素燃焼および／または含水素燃料１７と酸素含有ガス１８との燃焼熱で加熱ガス媒体１６を加熱して加熱ガス１３として二酸化炭素放出反応器１２へ供給する。加熱ガス生成器１０内で加熱ガス媒体１６を加熱した後の燃焼ガス２１の熱は燃焼ガス熱回収器２０で回収される。
【００３８】
なお、二酸化炭素放出反応器１２と被処理ガス予熱器２を接続する配管３ａの弁１２ａは閉鎖され、二酸化炭素放出反応器１２と処理ガス熱回収器８とを接続する配管３ｂの弁１２ｃも閉鎖されている。
【００３９】
燃焼ガス予熱器１９ａ、１９ｂの型式は目的に応じた型式を選べばよく、ガス処理装置内で回収される熱を利用すると、ガス処理装置全体での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
酸素含有ガス１８は、回収する二酸化炭素の利用形態に応じ、酸素、空気等から任意に選べば良い。また、燃焼ガス予熱器１９ａ、１９ｂは、加熱ガス生成器１０内に組込まれ、加熱源となるガスの予熱を行う機能を有するものでもよい。
【００４０】
前述したように、加熱ガス１３は、二酸化炭素放出反応器１２内において、吸収済み二酸化炭素吸収材１１を昇温・保持させる。この加熱ガス１３の温度・流量は、吸収済み二酸化炭素吸収材１１から二酸化炭素が放出され、かつ材料劣化しない範囲で任意に設定すればよい。
【００４１】
また、吸収済み二酸化炭素吸収材１１の昇温・保持温度も、加熱ガス１３の二酸化炭素分圧、材料や二酸化炭素放出量計画値に応じて設定すればよい。例えば、二酸化炭素吸収材５をリチウムシリケートとした場合、放出済み二酸化炭素吸収材１１の昇温・保持温度は７００〜８５０℃の範囲で設定するのが好ましい。
また、放出済み二酸化炭素吸収材１１から放出された高温状態の放出二酸化炭素１４の熱を回収する放出ガス熱回収器９は、任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。図１では、加熱ガス媒体１６を予熱する加熱ガス予熱器１５との熱交換を示す。また、放出ガス熱回収器９は複数個配しても良い。
このように、放出ガス熱回収器９で得られる回収熱を、ガス処理装置内に配される予熱器で利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
さらに、放出二酸化炭素１４の一部を加熱ガス媒体１６として利用することも可能である。加熱ガス媒体１６に放出二酸化炭素１４の一部を利用すると、回収される放出二酸化炭素１４の純度が向上する他に、回収二酸化炭素１４に対する液化精製処理等を行う際の精製工程負荷軽減などの効果が生じるため好適である。
加熱ガス生成器１０から排気された燃焼ガス２１の熱を回収する燃焼ガス熱回収器２０は、任意の形式でよく、例えば、蒸気、温水等による熱回収を行うことも可能である。また、複数配してもよい。また、この燃焼ガス熱回収器２０を加熱ガス生成器８内に組込むことも可能である。
【００４２】
この燃焼ガス熱回収器２０で回収した熱を、ガス処理装置内に配される上述した各予熱器２，１５、１９ａ、１９ｂで利用すると、ガス処理装置での消費エネルギーを低減する効果があり、より好適である。
図１で示したガス処理装置は、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２内における二酸化炭素の吸収・放出の運転形態を切換える機能を有する。このガス流路によって二酸化炭素の吸収・放出を切換えることから、二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２の構造、二酸化炭素吸収材５、吸収済み二酸化炭素吸収材１１の構造、充填形態、機能はそれぞれ同等のものとする。また、図１で示した二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２は、固定床、流動床いずれでもよい。
具体的には、図１の太線で示す配管にガスが流れるように各弁６ａ〜６ｄ、１２ａ〜１２ｄを開閉制御することにより、二酸化炭素吸収反応器６で二酸化炭素の吸収を実施し、二酸化炭素放出反応器１２で二酸化炭素の放出を実施する。二酸化炭素の吸収・放出が終了した時点で、図２の太線で示す配管にガスが流れるように各弁６ａ〜６ｄ、１２ａ〜１２ｄを開閉制御することにより、二酸化炭素吸収反応器６で二酸化炭素の放出を実施し、二酸化炭素放出反応器１２で二酸化炭素の吸収を実施する。図２においては、弁６ｂ、６ｄ、１２ａ、１２ｃを開放し、弁６ａ、６ｃ、１２ｂ、１２ｄを閉鎖する。この場合、二酸化炭素吸収反応器６内には放出済み二酸化炭素吸収材１１が存在し、二酸化炭素放出反応器１２内には二酸化炭素吸収材５が存在することになる。
【００４３】
したがって、二酸化炭素吸収反応器６における二酸化炭素が吸収された吸収済み二酸化炭素吸収材１１を二酸化炭素放出反応器１２へ移動させる必要ない。さらに、二酸化炭素放出反応器１２における二酸化炭素が放出された後の二酸化炭素吸収材５を二酸化炭素吸収反応器６へ移動させる必要ない。
【００４４】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す第１実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４５】
この第２実施形態のガス処理装置においては、第1実施形態のガス処理装置に対して、放出済み二酸化炭素吸収材５ａを収める冷却工程反応器２２と、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａを収める昇温工程反応器２３とが付加されている。
【００４６】
次に、この第２実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。  
被処理ガス予熱器２で予熱された被処理ガス１は、最初に、二酸化炭素を放出した高温状態である放出済み二酸化炭素吸収材５ａを充填する冷却工程反応器２２へ導入される。その後、冷却工程反応器２２の排出ガス（被処理ガス１）は二酸化炭素吸収材５を充填する二酸化炭素吸収反応器６へ導入される。二酸化炭素吸収反応器６から排出された処理ガス７は処理ガス熱回収器８にて熱回収される。この処理ガス熱回収器８にて回収された熱は被処理ガス予熱器２へ供給される。
【００４７】
二酸化炭素の吸収放出の温度比較において、吸収反応に比べ放出反応は高温に維持されるため、放出反応後の放出済み二酸化炭素吸収材５ａの温度は、二酸化炭素吸収材５に比べ高温となっている。この高温である放出済み二酸化炭素吸収材５ａの熱を、被処理ガス１の予熱に利用すると共に、同時にこの放出済み二酸化炭素吸収材５ａの冷却を行う。したがって、ガス処理装置内での熱を効率的に利用することが出来る。
吸収済み二酸化炭素吸収材１１を充填する二酸化炭素放出反応器１２に供給される加熱ガス１３は、吸収済み二酸化炭素１１の加熱、二酸化炭素の放出に用いられた後、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａを充填する昇温工程反応器２３に供給される。昇温工程反応器２３内において吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａから二酸化炭素が放出され、放出二酸化炭素１４として放出ガス熱回収器９へ送出される。
【００４８】
放出ガス熱回収器９は、放出二酸化炭素１４の熱を回収して加熱ガス予熱器１５へ供給する。加熱ガス予熱器１５は、外部から供給された例えば二酸化炭素からなる加熱ガス媒体１６を予熱して加熱ガス生成器１０へ供給する。
【００４９】
二酸化炭素の吸収放出の温度に関して、前述のように、吸収反応に比べ放出反応は高温に維持することが好ましいことから、二酸化炭素放出反応器１２から排出される放出二酸化炭素の有する熱を、二酸化炭素吸収反応後、二酸化炭素放出反応器１２に比べ低温となっている昇温工程反応器２３内の吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａに供給している。この結果、放出二酸化炭素の熱で吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａの昇温が可能となり、ガス処理装置内での熱を効率的に利用することが出来る。
このように、図３に示すガス処理装置における各反応器６、２２、１２、２３内の反応工程は、図４に示すように、被処理ガス中に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収材５に吸収させる工程（吸収工程）、二酸化炭素吸収済みの吸収材１１を二酸化炭素放出温度まで昇温させる工程（昇温工程）、昇温した二酸化炭素吸収済み吸収材１１ａから二酸化炭素を放出させる工程（放出工程）、放出済み二酸化炭素吸収材５ａを二酸化炭素吸収温度まで冷却する工程（冷却工程）の４工程からなる。
この4工程を、各反応器６、２２、１２、２３に取付られた各配管の弁を開閉制御して、ガス流路切換えによって繰返し行う。図５に、図４に示した各工程における温度変化を示す。したがって、この温度変化を繰り返すことになる。
【００５０】
このように、図４、図５に示した工程を、各反応器６、２２、１２、２３に対する導入・導出ガス経路を切換えることにより、それぞれの反応器が異なる工程となるよう運転を行えばよく、例えば4個の反応器を用いた4工程の実施は、図６に示したよう運転を繰り返すことが好適である。
ここで、冷却工程反応器２２、昇温工程反応器２３、二酸化炭素吸収反応器６、二酸化炭素放出反応器１２の構造、機能は、同等のものとすることが望ましい。さらに、二酸化炭素吸収材５、放出済み二酸化炭素吸収材５ａ、吸収済み二酸化炭素吸収材１１、吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材１１ａの充填形態、機能、構造も同等とするのが好適である。
さらに、二酸化炭素吸収反応器６、冷却工程反応器２２、二酸化炭素放出反応器１２、昇温工程反応器２３は固定床、流動床いずれでもよい。
（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す第１実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
【００５１】
この第３実施形態のガス処理装置においては、図１に示した第1実施形態のガス処理装置において、二酸化炭素放出反応器１２に供給ずる加熱ガス１３ａを加熱ガス生成器１０ａで生成する燃焼ガスとしている。
【００５２】
次に、この第３実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。  
加熱ガス生成器１０ａは、燃焼ガス予熱器１９ａで予熱された含炭素燃料および／または含水素燃料ガス１７と、燃焼ガス予熱器１９ａで予熱された酸素含有ガス１８の燃焼を行い、この燃焼の結果得られる燃焼ガスを加熱ガス１３ａ吸収済み二酸化炭素吸収材１１を充填する二酸化炭素放出反応器１２へ供給する。
【００５３】
この場合、酸素含有ガス１８の酸素濃度が高いほど、二酸化炭素放出反応器１２から放出される放出二酸化炭素１４の二酸化炭素純度が向上する。さらに、回収二酸化炭素１４に対して液化精製処理等を行う際の精製工程負荷軽減などの効果が生じるため好適である。さらに、加熱ガス生成器１０ａを二酸化炭素放出反応器１２へ組込むことも可能である。
【００５４】
この第３実施形態のガス処理装置は、第１実施形態のガス処理装置と同様に、ガス流路の切換えによって、二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２内における二酸化炭素の吸収・放出の運転形態を切換える機能を有する。
【００５５】
このように構成された第３実施形態のガス処理装置においても、前述した第１実施形態のガス処理装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。
【００５６】
（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す第１実施形態のガス処理装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
【００５７】
この第４実施形態のガス処理装置においては、図１に示した第1実施形態のガス処理装置において、二酸化炭素吸収反応器４及び二酸化炭素放出反応器１２に設けられたガス流路切換えによる二酸化炭素吸収・放出運転切換えのための配管及び弁が除去されている。そして、吸収済み吸収材移送路２４と放出済み吸収材移送路２５とが設けられている。
【００５８】
次に、この第４実施形態のガス処理装置の動作及び作用を説明する。  
二酸化炭素吸収反応器６にて二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収材５は、吸収済み二酸化炭素吸収材１１として、吸収済み吸収材移送路２４を通じて二酸化炭素放出反応器１２へ移送される。この吸収済み吸収材移送路２４は任意の形式でよく、例えば二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２が流動床・移動床反応器とした場合、重力落下、エアリフト、コンベア−等がある。
この吸収済み吸収材移送路２４内に適宜吸収材の冷却工程等を設けてもよい。この吸収材の移送により熱が回収される場合、回収熱はガス処理装置内に設けられる各予熱器２、１０で利用されることがより望ましい。
二酸化炭素放出反応器１２で二酸化炭素を放出した吸収済み二酸化炭素吸収材１１は、二酸化炭素吸収材５として、放出済み吸収材移送路２５を介して二酸化炭素吸収反応器６へ移送される。この放出済み吸収材移送路２５は任意の形式でよく、例えば二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２が流動床・移動床反応器とした場合、重力落下、エアリフト、コンベア−等がある。
この放出済み吸収材移送路２５内に適宜吸収材の冷却工程等を設けてもよい。この吸収材の移送により熱が回収される場合、回収熱はガス処理装置内に設けられる各予熱器２、１０で利用されることがより望ましい。
なお、二酸化炭素吸収反応器６及び二酸化炭素放出反応器１２が流動床・移動床の反応器とした場合、吸収材の移送および反応器内での吸収材の移動により、磨耗等による構造劣化が生じない形態をとることが好ましい。また、吸収材移送経路２４、２５中に、吸収材交換等を行うための吸収材供給・排出経路を配することも好適である。
このように構成された第４実施形態のガス処理装置においては、吸収済み吸収材移送路２４と放出済み吸収材移送路２４とを設けることによって、二酸化炭素の吸収及び放出を二酸化炭素吸収反応器６と二酸化炭素放出反応器１２との間で交互に行うことが可能となる。したがって、前述した第１実施形態のガス処理装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。
【００５９】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。  
処理ガス熱回収器８、放出ガス熱回収器９で回収される回収熱を発電システム、水素製造システムに利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図
【図２】同第１実施形態に係わるガス処理装置のガス流路の切換動作を示す模式図
【図３】本発明の第２実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図
【図４】同第２実施形態に係わるガス処理装置における二酸化炭素回収工程を示す模式図
【図５】同第２実施形態に係わるガス処理装置における二酸化炭素回収工程と温度域を示す模式図
【図６】同第２実施形態に係わるガス処理装置における各反応器と二酸化炭素回収工程を示す模式図
【図７】本発明の第３実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図
【図８】本発明の第４実施形態に係わるガス処理装置の概略構成を示す模式図
【符号の説明】
【００６１】
１…被処理ガス、２…被処理ガス予熱器、３ａ〜３ｄ…配管、５…二酸化炭素吸収材、５ａ…放出済み二酸化炭素吸収材、６…二酸化炭素吸収反応器、７…処理ガス、８…処理ガス熱回収器、９…放出ガス熱回収器、１０，１０ａ…加熱ガス生成器、１１…吸収済み二酸化炭素吸収材、１１ａ…吸収済み昇温前二酸化炭素吸収材、１２…二酸化炭素放出反応器、１３，１３ａ…加熱ガス、１４…放出二酸化炭素、１５…加熱ガス予熱器、１６…加熱ガス媒体、１７…含炭素燃料および／または含水素燃料ガス、１８…酸素含有ガス、１９ａ，１９ｂ…燃焼ガス予熱器、２０…燃焼ガス熱回収器、２１…燃焼ガス、２２…冷却工程反応器、２３…昇温工程反応器、２４…吸収済み吸収材移送路、２５…放出済み吸収材移送路
【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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【図７】
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【図８】
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