(57)【要約】【課題】  高温下において低濃度の炭酸ガスを効率よく吸収することが可能な炭酸ガス吸収材、この炭酸ガス吸収材を用いた炭酸ガス分離装置、この炭酸ガス吸収材を用いた改質装置、ならびにこの炭酸ガス吸収材の製造方法を提供する。【解決手段】  リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートとルビジウム化合物とを有することを特徴とする炭酸ガス吸収材、当該炭酸ガス吸収材を収容した炭酸ガス分離装置、当該炭酸ガス吸収材を収容した改質装置、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートにルビジウム化合物を添加する工程と、を有することを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートを作製する際にルビジウム化合物を添加する工程と、を有することを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法。【選択図】図１
2009106812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートと、
ルビジウム化合物と、
を有することを特徴とする炭酸ガス吸収材。
【請求項２】
前記ルビジウム化合物は、炭酸ルビジウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガス吸収材。
【請求項３】
前記ルビジウム化合物は、前記リチウムシリケートに対して０．２５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下の割合で含まれていることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の炭酸ガス吸収材。
【請求項４】
リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、
前記炭酸ガス吸収材を収容する反応器と、
炭酸ガスを含む被処理ガスを前記反応器に導入する被処理ガス導入部と、
前記被処理ガスを前記反応器から排出する被処理ガス排出部と、
前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、
を有することを特徴とする炭酸ガス分離装置。
【請求項５】
炭素を含む原料ガスが導入される原料ガス導入部および水素を含む生成ガスを排出する生成ガス排出部を有する反応器と、
前記反応器に収容され、前記原料ガスと水蒸気により改質反応を促進するための固体触媒と、
前記反応器に収容され、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、
前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、
を有することを特徴とする改質装置。
【請求項６】
二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、
前記リチウムシリケートを作製した後にルビジウム化合物を添加する工程と、
を有することを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法。
【請求項７】
二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、
前記リチウムシリケートを作製する際にルビジウム化合物を添加する工程と、
を有することを特徴とする炭酸ガス吸収材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離装置、改質装置、およびこの炭酸ガス吸収材の製造方法に係り、詳しくは炭化水素を主成分とする原料や燃料を利用するエネルギープラントや化学プラント、自動車等から発生する排気ガス、原料ガスや燃料ガス中から炭酸ガスを分離回収するための炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離装置、およびメタンのような炭素を含む原料ガスから水素を生成、回収する改質装置、ならびにこの炭酸ガス吸収材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発動機等の炭化水素を主成分とする燃料を燃焼させる燃焼装置において、排気ガス中の炭酸ガスを分離回収するためには、炭酸ガス濃度の高い燃焼室近傍で、炭酸ガスの分離回収を行なうことが効果的であり、このような炭酸ガスの回収場所の温度は３００℃以上の高温になることが多い。
【０００３】
ところで、ガス中から炭酸ガスを分離する技術としては、従来、アルカノールアミン系溶媒などによる化学吸収プロセスや、圧力スイング法、深冷分離法、および膜分離法などの方法が用いられている。しかしながら、炭酸ガスの分離に使用される膜や溶媒などの材料の耐熱性の限界から、いずれの方法も導入ガス温度の上限を２００℃程度以下に抑える必要がある。このような炭酸ガス吸収材の例として、例えば、炭酸ルビジウム、炭酸セシウムを用いる炭酸ガス吸収材が開示されている（特許文献１）。しかし、当該吸収材は高温域、すなわち上記３００℃以上の環境下では炭酸ガスを吸収しないばかりか、逆に吸収した炭酸ガスを放出してしまうという不都合がある。
【０００４】
こうした中で、特許文献２には５００℃を超える温度域の炭酸ガスを含む高温ガスから冷却工程を経ずにその中の炭酸ガスと反応するリチウムシリケートを用いた炭酸ガス分離方法が記載されている。また、特許文献３には、改質反応を行う反応器にリチウムジルコネートやリチウムシリケート等のリチウム複合酸化物を充填することによって、４００℃を超える高温反応場から炭酸ガスを除去して、主生成物を効率的に得る方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、リチウムシリケートのみでは十分な炭酸ガス吸収速度が得られない。これに対し、特許文献４には炭酸ガス吸収速度を向上させるために炭酸カリウム、炭酸ナトリウムを添加することにより吸収性能を高めることが記載されている。しかしながら、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムを添加したリチウムシリケートを用いた場合においても、低濃度の炭酸ガス、特に２０ｖｏｌ％以下の濃度の炭酸ガスを吸収させた場合、十分な炭酸ガス吸収速度が得られないことがわかった。
【０００６】
このような３００℃以上の高温下で炭酸ガスの吸収を進める反応は、一酸化炭素と水（水蒸気）とを反応させて主生成物である水素と副生成物である炭酸ガスを生成させる、いわゆる水蒸気改質反応（以下、単に改質反応という）を進める場合において特に必要とされている。すなわち、改質反応においては、生成ガスの主成分である水素を燃料または原料として用いるため、生成物である炭酸ガスを系外に除去することができれば、主生成物である水素の回収率を高めることができるからである。
【０００７】
例えばメタン改質反応触媒とともに上記リチウムシリケートを充填した炭酸ガス吸収材を充填した化学反応装置を用いたメタン改質反応システムの場合は、下記（式１）で示したメタン改質反応と、下記（式２）で示したリチウムシリケートによる炭酸ガスの吸収反応が装置内でおよそ４００℃以上６５０℃以下の温度環境下で同時に起こる。
【０００８】
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ  ⇔  ４Ｈ２＋ＣＯ２                      ・・・（式１）
Ｌｉ４ＳｉＯ４＋ＣＯ２  ⇔  Ｌｉ２ＣＯ３＋Ｌｉ２ＳｉＯ３    ・・・（式２）
ここで、前記（式２）に示したリチウムオルトシリケートと炭酸ガスの反応は右向きであり、炭酸ガスの吸収反応速度は６００℃程度で最も大きくなる。なお、炭酸ガス吸収反応温度域は反応雰囲気下における炭酸ガス濃度に依存して変化し、炭酸ガス濃度が高くなるに従い吸収温度域の上限温度は高くなる。
【０００９】
ここで、メタンの水蒸気改質反応の反応場から生成物である炭酸ガスを除去することができれば、（式１）の反応平衡が右向きの水素生成の反応にシフトするのでメタンの改質反応が促進し、水素の回収率が向上する。この時、メタンの改質反応は低濃度の炭酸ガス吸収速度が高いほど促進する。
【００１０】
このような改質反応は、４００℃以上の温度で行なわれるのが一般的である。
【００１１】
特許文献５には、改質反応により化石燃料を水蒸気と反応させて主生成物である水素と副生成物である炭酸ガスあるいは一酸化炭素を生成させた後、炭酸ガスを分離することが記載されている。
【００１２】
しかし、改質反応中の炭酸ガスの除去は、４００℃以上の温度で行なう必要があるが、上述の通り、高温下において、特に低濃度の炭酸ガス、特に２０ｖｏｌ％以下の濃度の炭酸ガスをリチウムシリケートに吸収させた場合、十分な炭酸ガス吸収速度が得られていないため、従来の方法では反応場から炭酸ガスを除去することは困難である。その結果、メタン転化率が低く、高濃度の水素ガスが得られないという問題が生じている。このため、低濃度炭酸ガスの吸収速度が大きい炭酸ガス吸収材が求められていた。
【特許文献１】特開２００５−１７０４８０公報
【特許文献２】特開平９−９９２１４号公報
【特許文献３】特開２００２-２７４８０９公報
【特許文献４】特許第３７６１３７１号公報
【特許文献５】特開平１１-２６３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、従来の炭酸ガス吸収材は高温下において低濃度の炭酸ガスの吸収速度が小さいという問題があった。
【００１４】
本発明は係る問題点を解決するためになされたものであり、高温下において低濃度の炭酸ガスを効率よく吸収することが可能な炭酸ガス吸収材、およびこの炭酸ガス吸収材を用いた炭酸ガス分離装置、この炭酸ガス吸収材を用いた改質装置、ならびにこの炭酸ガス吸収材の製造方法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】
【００１５】
本発明に係る炭酸ガス吸収材は、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートと、ルビジウム化合物とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る炭酸ガス分離装置は、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、前記炭酸ガス吸収材を収容する反応器と、炭酸ガスを含む被処理ガスを前記反応器に導入する被処理ガス導入部と、前記被処理ガスを前記反応器から排出する被処理ガス排出部と、前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る改質装置は、炭素を含む原料ガスが導入される原料ガス導入部および水素を含む生成ガスを排出する生成ガス排出部を有する反応器と、前記反応器に収容され、前記原料ガスと水蒸気により改質反応を促進するための固体触媒と、前記反応器に収容され、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る炭酸ガス吸収材の製造方法は、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートを作製した後にルビジウム化合物を添加する工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る炭酸ガス吸収材の製造方法は、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートを作製する際にルビジウム化合物を添加する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、高温下において低濃度の炭酸ガスを効率よく吸収することが可能な炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離装置、改質装置、ならびにこの炭酸ガス吸収材の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る炭酸ガス吸収材、炭酸ガス分離装置、改質装置、ならびに前記炭酸ガス吸収材の製造方法について説明する。
【００２２】
〔炭酸ガス吸収材〕
本発明に係る炭酸ガス吸収材は、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートとルビジウム化合物とを有する。
【００２３】
〔リチウムシリケート〕
本発明に係るリチウムシリケートとしては、リチウムオルトシリケート（Ｌｉ４ＳｉＯ４）、リチウムメタシリケート（Ｌｉ２ＳｉＯ３）等を用いることができる。
【００２４】
中でも、リチウムオルトシリケートは吸収と放出の境界となる温度が高く、高温での炭酸ガス分離が可能であり、さらに炭酸ガス吸収速度が速いことから、これが多く含まれるほど好ましい。このリチウムオルトシリケートは、化学式で示す化学量論比とは多少組成が異なることもある。
【００２５】
リチウムオルトシリケートの炭酸ガス吸収反応を（式３）、再生反応を（式４）にそれぞれ示す。
【００２６】
吸収：Ｌｉ４ＳｉＯ４＋ＣＯ２→Ｌｉ２ＳｉＯ３＋Ｌｉ２ＣＯ３  …（式３）
再生：Ｌｉ２ＳｉＯ３＋Ｌｉ２ＣＯ３→Ｌｉ４ＳｉＯ４＋ＣＯ２  …（式４）
前記リチウムオルトシリケートは、２５℃（室温）以上７００℃以下程度の吸収温度域（第１の温度）で加熱することによって、炭酸ガスを吸収し、リチウムメタシリケート（Ｌｉ２ＳｉＯ３）と炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）とを生成する（式３）。この炭酸ガスを吸収した炭酸ガス吸収材を、前述の吸収温度域を超える温度（第２の温度）で加熱した場合には、炭酸ガスを放出し、元のリチウムオルトシリケートに再生される（式４）。このような炭酸ガス吸収材による炭酸ガス吸収と炭酸ガスの放出による再生は、繰返し行うことが可能である。炭酸ガスの吸収温度域は、反応雰囲気の炭酸ガス濃度に依存し、炭酸ガス濃度が高くなるに従って吸収温度域の上限温度が高くなる。
【００２７】
前記リチウムシリケートは、例えば粒子または粉末の形態で用いられ、０．１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であると、リチウムシリケートの粒子または粉末が凝集するおそれがある。リチウムシリケートの粒子または粉末の平均粒径が１０μｍを超えると炭酸ガスとの接触面積が少なくなり、炭酸ガス吸収速度が低下するおそれがある。
【００２８】
〔ルビジウム化合物〕
本発明に係るルビジウム化合物としては、例えば炭酸ルビジウム、塩化ルビジウム、臭化ルビジウム、フッ化ルビジウム、ヨウ化ルビジウム、水酸化ルビジウム、硝酸ルビジウム、硫酸ルビジウム、水素化ホウ素ルビジウムを挙げることができるが、特に炭酸ルビジウムが好ましい。炭酸ルビジウムはルビジウム化合物の中でも耐久性に優れるという利点を有するからである。
【００２９】
前記ルビジウム化合物は、１種または２種以上を含んでもよい。
【００３０】
前記ルビジウム化合物は、炭酸ガス吸収材中に極微量含有しても炭酸ガス吸収性能の促進効果があるが、リチウムシリケートに対して０．２５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下含有することが好ましい。ルビジウム化合物の含有量が４０ｍｏｌ％を超えると、ルビジウム化合物による炭酸ガス吸収特性の向上効果が飽和するのみならず、炭酸ガス吸収材中のリチウムシリケートの比率が減少するため、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収量、炭酸ガス吸収速度を低下させるおそれがある。また、０．２５ｍｏｌ％より少ないと溶融共晶塩の生成量が少なく、炭酸ガス吸収の促進効果が期待できないというおそれがある。より好ましいルビジウム化合物の含有量は、２ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下である。
【００３１】
前記ルビジウム化合物は、例えば粒子または粉末の形態で用いられ、その粒径は問わないが、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下の平均粒径を有することが望ましい。平均粒径が１０μｍを超えると、共晶塩を形成するのに時間が費やし、炭酸ガスの吸収速度が低下するおそれがある。また、０．１μｍに満たないと、取り扱いが困難となり、また粒子または粉末が凝集するおそれがある。
【００３２】
なお、本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収材は、例えば炭酸ナトリウムや塩化ナトリウムのようなナトリウム化合物、炭酸カリウムや塩化カリウムのようなカリウム化合物、炭酸バリウムや塩化バリウムのようなバリウム化合物、アルカリ炭酸塩、アルカリ土類炭酸塩、アルカリ塩化物、アルカリ水酸化物を含有することを許容する。
【００３３】
また、本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収材は、例えばチタン酸カリウム、酸化チタン、リチウムチタネートのようなチタン含有酸化物、酸化ジルコニウム、リチウムジルコネートのようなジルコニア含有酸化物、酸化鉄、リチウムフェライトのような鉄含有酸化物を含有することを許容する。これらのチタン含有酸化物、ジルコニア含有酸化物、鉄含有酸化物は、炭酸ガス吸収材中のリチウムシリケート粒子の肥大化を防止する機能を有する。
【００３４】
チタン含有酸化物、ジルコニア含有酸化物、鉄含有酸化物からは、リチウムシリケートに対して８０ｗｔ％以下含有することが好ましい。チタン含有酸化物、ジルコニア含有酸化物、鉄含有酸化物の含有量が８０ｗｔ％を超えると、リチウムシリケートの割合が少なくなり、炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収量、炭酸ガス吸収速度を低下させるおそれがある。より好ましい含有量は、５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下である。
【００３５】
本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収材の形状は、特に限定されるものではない。例えばリチウムシリケートとルビジウム化合物とからなる混合粉末で用いることが可能である。成型体として使用する場合には炭酸ガスの流通性の高い多孔質のペレット、あるいはハニカムとして炭酸ガスとの接触面積を大きくすることが好ましい。この多孔質体は、例えば３０ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の気孔率を有することが好ましい。７５％を超えると構造的に脆くなり、また３０％に満たないと比表面積が小さくなるため炭酸ガス吸収の反応速度が遅くなるおそれがあるからである。これらの成型体は、圧縮成型、造粒または押出し等により成形することが可能である。
【００３６】
〔吸収材の製造方法〕
このような炭酸ガス吸収材は、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートを作製した後にルビジウム化合物を添加する工程と、により製造することができる。具体的には次のような方法により製造することができる。
【００３７】
まず、二酸化珪素及び炭酸リチウムをメノウ乳鉢等で約０．１時間から1時間混合する。この場合、二酸化珪素（ＳｉＯ２）及び炭酸リチウム（Ｌｉ２Ｃｏ３）をモル比で１：２になるように秤量して混合するのが好ましい。この割合に近いほど炭酸ガス吸収に有用なリチウムオルトシリケートを化学量論的に効率よく製造することができるからである。
【００３８】
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、箱型電気炉で大気中６００℃以上１１００℃以下の温度で約０．５時間から２０時間加熱処理し、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートの粉末を得る。このリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート粉末に炭酸ルビジウムを所定量添加し、乾式混合する。つづいて、この炭酸ルビジウムが添加されたリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート粉末を所定量秤量し、金型に充填し、圧縮成型することにより多孔質体構造を有する炭酸ガス吸収材を製造できる。
【００３９】
なお、得られたリチウムシリケート中のリチウムオルトシリケートの存否およびその割合はＸ線回折装置（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ＸＲＤ）を用いて測定することができる。
【００４０】
また、以下の方法によっても炭酸ガス吸収材は製造することができる。
【００４１】
すなわち、二酸化珪素及び炭酸リチウムを混合してリチウムシリケートを作製する工程と、前記リチウムシリケートを作製する際にルビジウム化合物を添加する工程と、により製造することができる。具体的には次のような方法により製造することができる。
【００４２】
まず、二酸化珪素、炭酸リチウム、炭酸ルビジウムを、例えばモル比で１：２：０．０５になるように秤量し、メノウ乳鉢等で約０．１時間から1時間混合する。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得る。このペレットを箱型電気炉にて大気中７５０℃で０．５時間乃至２０時間熱処理することにより、多孔質体構造の炭酸ガス吸収材を製造する。
【００４３】
本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収材による低濃度の炭酸ガスを含む被処理ガス中の炭酸ガス吸収において、前記被処理ガス中の水分量は全被処理ガス量に対し５ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下であることが炭酸ガスの吸収速度を向上する上で望ましい。
【００４４】
〔技術的意義〕
以上説明した本発明の実施形態に係る炭酸ガス吸収材は、低濃度の炭酸ガス吸収速度を向上することができる。
【００４５】
すなわち、前述したようにリチウムシリケートのみからなる炭酸ガス吸収材では炭酸ガス吸収速度が遅く、十分な速度が得られない。このため、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムをリチウムシリケートに添加する方法が試みられているが、低濃度の炭酸ガスにおいては十分な炭酸ガス吸収速度が得られない。ここで低濃度の炭酸ガスとは被処理ガス中の炭酸ガス濃度が２０ｖｏｌ％以下であることをいう。
【００４６】
これに対し、リチウムシリケートに対してルビジウム化合物を０．２５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下の割合で配合することによって、低濃度の炭酸ガスを効率よく吸収できる炭酸ガス吸収材を得ることができる。この炭酸ガス吸収材においては、炭酸ガスとの反応速度が高まるため、低濃度の炭酸ガスの吸収速度が大きくなる。特に、低濃度の炭酸ガスを含む被処理ガス中の水分量５ｖｏｌ％以上７５ｖｏｌ％以下の場合には、前記炭酸ガス吸収材中にルビジウム化合物が炭酸ガスの吸収速度を助長する触媒的な役割を果たすため、低濃度の炭酸ガスの吸収速度をより一層高めることが可能になる。
【００４７】
この理由について、従来例と比較しつつ述べる。
【００４８】
本発明に係るルビジウム化合物は、共存するリチウムシリケートが炭酸ガスを吸収することにより炭酸ガス吸収材表面に生成される固体の炭酸リチウムを液相化し、炭酸ガス吸収材表面への炭酸ガスの拡散速度を大きくし、低濃度の炭酸ガスの吸収速度をより促進させる効果を有すると考えられる。すなわち、当該反応における炭酸ルビジウムは直接炭酸ガス吸収材として働くものではなく、前述の通り、前記炭酸ガス吸収材中にルビジウム化合物が炭酸ガスの吸収速度を助長する触媒的な役割を果たすものである。
【００４９】
一方、従来例（特許文献１）における炭酸ルビジウムからなる炭酸ガス吸収材は８０℃以上１３０℃以下において炭酸ガスを吸収し、これ以上の温度（１３０℃以上）で炭酸ガスを放出する作用を有するものであり、本発明のように３００℃以上の高温下において炭酸ガスを吸収する作用を有するものではない。
【００５０】
換言するなら、本発明は特に３００℃以上において炭酸ガスを吸収することを目的としており、かつ、３００℃以上で炭酸ガスを吸収する作用を有するのはリチウムシリケートであって炭酸ルビジウムではない。すなわち、本発明に係る炭酸ルビジウムはあくまでリチウムシリケートの炭酸ガス吸収反応を促進するための触媒作用的役割をもつ助剤として作用するものであり、従来例とは別異の作用効果を有するものである。
【００５１】
〔分離装置〕
次に、本発明の実施形態に係る炭酸ガス分離装置を説明する。
【００５２】
この炭酸ガス分離装置は、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、前記炭酸ガス吸収材を収容する反応器と、炭酸ガスを含む被処理ガスを前記反応器に導入する被処理ガス導入部と、前記被処理ガスを前記反応器から排出する被処理ガス排出部と、前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、を有することを特徴とする。
【００５３】
実施形態に係る炭酸ガス分離装置を図１に示す概略断面図を参照しながら以下に具体的に説明する。
【００５４】
第１、第２の吸収筒１１、１２は、内管２１、２２と外管３１、３２とからなる二重構造になっている。ここでは、内管２１、２２が反応器であり、内管２１、２２とその外周に設けられた外管３１、３２との間が熱を供給する加熱手段として配置されている。
【００５５】
前述したリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材４１、４２は、反応器２１、２２内にそれぞれ収容されている。
【００５６】
被処理ガス導入管５から分岐された第１、第２の被処理ガス導入分岐管６１、６２が各反応器２１、２２の上部にそれぞれ連結されている。また、第１、第２のバルブ７１、７２は、第１、第２の被処理ガス導入分岐管６１、６２にそれぞれ介挿されている。図１においては被処理ガス導入管５および反応器に接続された被処理ガス導入分岐管６１、６２が被処理ガス導入部に相当する。
【００５７】
第１、第２の被処理ガス排出分岐管１０１、１０２は各反応器２１、２２の下部にそれぞれ連結され、かつこれらの被処理ガス排出分岐管１０１、１０２の他端は被処理ガス排出管１１に連結されている。第８、第９のバルブ７８、７９は、第１、第２の被処理ガス排出分岐管１０１、１０２にそれぞれ介挿されている。また、第５バルブ７５は前記排出管１１に介挿されている。図１においては被処理ガス排出管１１および反応器に接続された、被処理ガス排出分岐管１０１、１０２が被処理ガス排出部に相当する。
【００５８】
炭酸ガス回収用ガス供給管８から分岐された第１、第２の炭酸ガス回収用ガス供給分岐管９１、９２は、各反応器の上部にそれぞれ連結されている。第３、第４のバルブ７３、７４は第１、第２の炭酸ガス回収用ガス供給分岐管９１、９２にそれぞれ介挿されている。
【００５９】
第１、第２の回収ガス排出分岐管１２１、１２２は、各反応器の下部にそれぞれ連結され、かつこれらの回収ガス排出分岐管１２１、１２２の他端は回収ガス排出管１３に連結されている。第１０、第１１のバルブ７１０、７１１は、第１、第２の回収ガス排出分岐管１２１、１２２にそれぞれ介挿されている。第６バルブ７６は、前記回収ガス排出管１３に介挿されている。
【００６０】
燃料ガスを燃焼する燃焼器１４は、第１吸収筒１１に隣接して配置されている。一端が燃焼器１４に連結された燃焼ガス供給管１５から分岐された第１、第２の燃焼ガス供給分岐管１６１、１６２は、各加熱手段の下部側面にそれぞれ連結されている。第７、第８のバルブ７７、７８は、第１、第２の燃焼ガス供給分岐管１６１、１６２にそれぞれ介挿されている。第１、第２の燃焼ガス排気管１７１、１７２は、各加熱手段と連通するように連結されている。
【００６１】
燃焼器１４に燃料ガスを導入すると、ここで燃焼された燃焼ガスは、燃焼ガス供給管１５および第１、第２の燃焼ガス供給分岐管１６１、１６２を通して各加熱手段にそれぞれ供給され、これら空間を流通して第１、第２の燃焼ガス排気管１７１、１７２から排気される。燃焼ガスが前記空間を流通する間に各反応器内に収容された炭酸ガス吸収材４１、４２が加熱される。
【００６２】
各反応器に流通する被処理ガスの時間当たりの流通モル数は、炭酸ガス吸収材中４１、４２の中のリチウムシリケートの収容モル数に対して約４倍以上約５０倍以下に設定することが好ましい。被処理ガスの時間当たりの流通モル数が約５０倍を超えると、反応器の容積利用率の観点から炭酸ガス吸収を効率よく行なうことが困難になる。一方、被処理ガスの時間当たりの流通モル数を約４倍未満にすると、吸収反応に伴う発熱量が大きくなり過ぎ、通過する被処理ガスの温度上昇のため吸収反応自体が阻害されるおそれがある。吸収筒容積の利用効率と速やかな吸収反応の進行という両者の観点から前記被処理ガスの時間当たりの流通モル数は、約８倍以上約３０倍以下にすることがより好ましい。
【００６３】
炭酸ガス吸収材４１、４２が収容された２つの反応器において、次の手順（１−１）、（１−２）で炭酸ガス吸収反応、炭酸ガス放出反応を交互に行なわせて炭酸ガスの吸収および回収を連続して実施する。
【００６４】
〔吸収操作〕
（１−１）第１吸収筒１１での炭酸ガス吸収操作
まず、第１の吸収筒１１の内管２１（第１の反応器）に連結された第１の被処理ガス導入分岐管６１に介挿された第１バルブ７１、被処理ガス排出管１１に介挿された第５バルブ７５、被処理ガス排出分岐管１０１に介挿された第８のバルブ７８をそれぞれ開き、これ以外のバルブ７２、７３、７４、７６、７７、７８、７９、７１０、７１１を閉じる。被処理ガス導入管５から炭酸ガスを含有する被処理ガスを前記第１の被処理ガス導入分岐管６１を通して第１の反応器２１に供給する。この時、第１の反応器２１に流通する被処理ガスの時間当たりの流通モル数は、前述したように前記リチウムシリケートの収容モル数に対して約４倍以上約５０倍以下に設定しているため、被処理ガス中の炭酸ガスは炭酸ガス吸収材４１に速やかに吸収・保持される。
【００６５】
炭酸ガス濃度が低減された被処理ガスは、その濃度が２０ｖｏｌ％以下となると、前記ルビジウム化合物が存在しない場合には炭酸ガスの吸収速度が低下する。しかし、本発明に係るルビジウム化合物が存在する場合においては、溶融共晶塩によりその濃度が２０ｖｏｌ％以下においても炭酸ガス吸収促進効果が促進される、最後に第１の被処理ガス排出分岐管１０１および被処理ガス排出管１１を通して排出される。
【００６６】
第２吸収筒１２での炭酸ガス吸収も同様な操作により行うことが可能である。
【００６７】
〔回収操作〕
（１−２）第２吸収筒１２からの炭酸ガス回収操作
前記（１−１）で説明した第１の吸収筒１１での炭酸ガス吸収操作を行なっている間に、第２の吸収筒１２に連結された第２の分岐管９２に介挿された第４バルブ７４、第２の回収ガス排出分岐管１２２に介挿された第１１のバルブ７１１、回収ガス排出管１３に介挿された第６バルブ７６および第２燃焼ガス供給分岐管１６２に介挿された第８バルブ７８をそれぞれ開く。この後、燃焼器１４から燃焼ガスを燃焼ガス供給管１５および第２燃焼ガス供給分岐管１６２を通して内管２２と外管３２で形成される環状空間（第２の加熱手段）に流通することにより第２吸収筒１２の内管２２内（第２の反応器）に収容した炭酸ガス吸収材４２を約８００℃以上に加熱するとともに、回収用ガス供給管８から所定の回収用ガスを第２の回収用ガス供給分岐管９２を通して前記第２の反応器に供給する。この時、炭酸ガス吸収材４２に既に吸収された炭酸ガスは炭酸ガス放出反応が生じて速やかに放出され、高濃度の炭酸ガスを含むガスは、第２回収ガス排出分岐管１２２および前記回収ガス排出管１３を通して回収される。
【００６８】
第１吸収筒１１からの炭酸ガス回収も同様な操作により行われる。
【００６９】
このように第１吸収筒１１での炭酸ガス吸収操作を行う際に同時に第２吸収筒１２からの炭酸ガス回収操作を行い、第１吸収筒１１からの炭酸ガス回収操作を行う際に同時に第２吸収筒１２での炭酸ガス吸収操作を行い、これらの操作を交互に繰り返すことによって連続的な炭酸ガスの分離・回収を実現することができる。
【００７０】
前記内管２１、２２、外管３１、３２、被処理ガス導入分岐管６１、６２、回収用ガス供給分岐管９１、９２、被処理ガス排出分岐管１０１、１０２および回収ガス排出分岐管１２１、１２２は特にその材料等に左右されることなく、例えば緻密質アルミナ、またはニッケル、鉄のような金属を使用できる。また、燃焼ガスと炭酸ガス吸収材４１、４２との接触時間を長く保つことを考慮すれば、反応器は被処理ガスの流通方向に向け長い管状の形態を有することが好ましい。
【００７１】
以上説明したように本発明の実施形態によれば、連続的な炭酸ガスの分離・回収が可能な炭酸ガス分離装置を提供することができる。
【００７２】
〔改質装置〕
次に、本発明の実施形態に係る改質装置を説明する。
【００７３】
この改質装置は、炭素を含む原料ガスが導入される原料ガス導入部および水素を含む生成ガスを排出する生成ガス排出部を有する反応器と、前記反応器に収容された、前記原料ガスと水蒸気により改質反応を促進するための固体触媒と、前記反応器に収容され、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材と、前記反応器に熱を供給するための加熱手段と、を有することを特徴とする。
【００７４】
前記炭素を含む原料ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパンなどの天然ガス、ＣＯ等を用いることができる。
【００７５】
前記固体触媒としては、例えばアルミナ担体にニッケル、ルテニウム、ロジウム等の触媒を担持したものを用いることができる。
【００７６】
前記固体触媒（担体を含む）と前記炭酸ガス吸収材の収容比率は、重量比で１：１乃至１：１０にすることが好ましい。
【００７７】
実施形態に係る改質装置を図２に示す概略図を参照して以下に具体的に説明する。
【００７８】
反応器３１は、炭素を含む原料ガスおよび水蒸気が導入される原料ガス導入管３２、水素を含む生成ガスが排出される生成ガス排出管３３を備えている。原料ガス導入管３２が原料ガス導入部に、生成ガス排出管３３が生成ガス排出部にそれぞれ相当する。改質反応を促進する固体触媒３４および前述したリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材３５は、前記反応器３１内に収容されている。加熱手段、例えばヒータ３６ａ、３６ｂは反応器３１の上下に配置されている。
【００７９】
このような図２に示す改質装置において、反応器３１内に改質反応を促進する固体触媒３４および炭酸ガス吸収材３５を所望の比率で収容した後、炭素を含む原料ガス（例えばメタン）および水蒸気の混合ガスを例えば５００℃以上６５０℃以下の温度で原料ガス導入管３２を通して反応器３１内に供給する。この時、前記固体触媒の存在下で（式５）の改質反応が進行して水素が生成されると共に、炭酸ガスが副生される。
ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ  ⇔  ４Ｈ２＋ＣＯ２  ・・・（式５）
ここで、副生された炭酸ガスは、その改質反応場である反応器３１内に収容されたリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートと（式６）に従って反応し、その反応場から炭酸リチウムとして吸収、除去される。
Ｌｉ４ＳｉＯ４＋ＣＯ２  ⇔  Ｌｉ２ＣＯ３＋Ｌｉ２ＳｉＯ３  ・・・（式６）
この場合、前述の通り、炭酸ガスが低濃度になった場合においても、ルビジウム化合物の効果、すなわち共存するリチウムシリケートが炭酸ガスを吸収することにより炭酸ガス吸収材表面に生成される固体の炭酸リチウムを液相化し、炭酸ガス吸収材表面への炭酸ガスの拡散速度を大きくし、低濃度の炭酸ガスの吸収速度をより促進させる効果を有することでさらに（式５）の反応を左辺から右辺に進めることが可能となる。
【００８０】
改質反応場で副生された炭酸ガスを除去することにより、（式５）に示す化学平衡は水素の生成する右側にシフトするため、水素に富んだ生成ガスを生成ガス排出管３３を通して回収することが可能になる。
一方、炭酸ガス吸収材３５による炭酸ガスの吸収が飽和状態まで達した場合、ヒータ３６ａ、３６ｂで炭酸ガス吸収材３５を６５０℃を超える温度（例えば７００℃）に加熱することにより、（式４）に示すように炭酸ガスを放出して再生することが可能になる。
【００８１】
以上説明した本発明の実施形態によれば、炭素を含む原料ガスおよび水蒸気が導入される反応器内に改質反応を促進するための固体触媒と共に、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート及びルビジウム化合物を有する炭酸ガス吸収材を収容することによって、改質反応時に主成ガスである水素と共に副生された炭酸ガスを低濃度まで効率的に除去して水素の生成反応を促進できる。特に、改質反応場では最大７５％の水分を含み、前述したように炭酸ガス吸収材中のルビジウム化合物がリチウムシリケートによる炭酸ガスの吸収速度を助長する触媒的な機能を果たす条件になっているため、副生された炭酸ガスを低濃度まで効率的に除去して水素の生成反応を促進できる。その結果、高濃度の水素を効率的に生成することができる。
【００８２】
なお、炭酸ガス分離装置および改質装置の実施の形態はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００８３】
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００８４】
（実施例１）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と、ルビジウム化合物として平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を用意し、二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．００２５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末、すなわち炭酸ガス吸収材を得た。この炭酸ガス吸収材をＸ線回折装置（ＸＲＤ）で観察したところ、リチウムシリケートはその主成分がリチウムオルトシリケートであることが確認された。
【００８５】
〔炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収性能〕
得られた炭酸ガス吸収材の炭酸ガス吸収性能を熱重量分析装置（ＴＧ）を用いて測定した。炭酸ガス吸収は、低濃度である０.５ｖｏｌ％の炭酸ガス及び５０ｖｏｌ％度の水蒸気の被処理ガスの流通下（絶対圧で１気圧（０．１ＭＰａ）、３００ｍＬ／分）にて５５０℃で３０分間保持することで行った。吸収性能は、５５０℃保持における３０分間の重量増加（ｗｔ％／３０分）を指標とした。
【００８６】
炭酸ガスの吸収性能結果を下記表１に示す。
【表１】
2009106812.tif 000003
【００８７】
（実施例２）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．４となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００８８】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００８９】
（実施例３）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００９０】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００９１】
（実施例４）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．２となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００９２】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００９３】
（比較例１）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウムのモル比が１：２となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ナトリウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００９４】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００９５】
（比較例２）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．４５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００９６】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００９７】
（比較例３）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸カリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸カリウムのモル比が１：２：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸カリウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【００９８】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００９９】
（比較例４）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ナトリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ナトリウムのモル比が１：２：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を箱型電気炉にて、大気中７５０℃で８時間熱処理し、炭酸ナトリウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【０１００】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１０１】
（実施例５）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウムのモル比が１：２：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１０２】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１０３】
（実施例６）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径１μｍの炭酸ルビジウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ナトリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウム：炭酸ナトリウムのモル比が１：２：０．０５：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１０４】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１０５】
（実施例７）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸カリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウム：炭酸カリウムのモル比が１：２：０．０５：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１０６】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１０７】
（実施例８）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径１μｍの炭酸ルビジウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸バリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウム：炭酸バリウムのモル比が１：２：０．０５：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１０８】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１０９】
（実施例９）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸ルビジウム粉末と平均粒径1μｍの塩化リチウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウム：塩化リチウムのモル比が１：２：０．０５：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１１０】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１１１】
（比較例５）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウムのモル比が１：２となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１１２】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１１３】
（比較例６）
平均粒径０．８μｍの二酸化珪素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末と平均粒径1μｍの炭酸カリウム粉末を二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸カリウムのモル比が１：２：０．０５となるように秤量し、メノウ乳鉢にて１０分間乾式混合した。この混合粉末を押し出し機内に投入し、押出し法を用いて、円柱状（外形５ｍｍ）のペレットを得た。このペレットを箱型電気炉にて大気中、７５０℃で８時間処理して、気孔率約５０ｖｏｌ％で多孔質体からなる炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１１４】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１１５】
以上、表１から明らかなようにリチウムシリケートに対して、炭酸ルビジウムを０．２５ｍｏｌ%以上、４０ｍｏｌ％以下の範囲で添加した実施例１乃至実施例４の炭酸ガス吸収材は、炭酸ルビジウムの添加量が前記範囲から外れる比較例１および比較例２の炭酸ガス吸収材に比べて吸収性能が高いことがわかる。また、リチウムシリケートに炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムを添加した比較例３および比較例４の炭酸ガス吸収材に比べても吸収性能が高いことがわかる。
【０１１６】
したがって、リチウムシリケート製造時に炭酸ルビジウムを添加した炭酸ガス吸収材は、低濃度の炭酸ガスの吸収速度が高いことがわかる。
【０１１７】
また、表１から明らかなように、リチウムシリケートに炭酸ルビジウムを添加した実施例５乃至実施例９に示す炭酸ガス吸収材ペレットは、炭酸ルビジウムを添加していない比較例５および比較例６に示す炭酸ガス吸収材ペレットと比較して吸収性能が高いことがわかる。特に、リチウムシリケートに炭酸ルビジウム、さらに炭酸ナトリウム又は炭酸カリウム又は炭酸バリウム又は塩化リチウムを添加した実施例６乃至実施例９の炭酸ガス吸収材はリチウムシリケートに炭酸ルビジウムのみ添加した実施例５の炭酸ガス吸収材と比較して吸収性能が高いことがわかる。実施例５に示したようにリチウムシリケートに炭酸ルビジウムを添加することで炭酸ガス吸収性能は向上するが、実施例６乃至実施例９に示したように炭酸ルビジウム、さらに炭酸カリウム又は炭酸ナトリウム又は炭酸バリウム又は塩化リチウムを添加することでさらに吸収性能が高くなることがわかる。
【０１１８】
なお、上述した実施例６乃至実施例９ではアルカリ炭酸塩の１種として炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを、アルカリ土類炭酸塩の１種とし炭酸バリウム、アルカリハロゲン化物の１種として塩化リチウムを用いた例を示したが、他のアルカリ炭酸塩、アルカリ土類炭酸塩、アルカリハロゲン化物を少なくとも１種以上、炭酸ルビジウムとともにリチウムシリケートに添加しても同様な効果を得ることができる。
【０１１９】
（実施例１０）
前述した図２に示す改質装置を用いて水素を生成した。
【０１２０】
図２の改質装置において、内径が０．０５ｍ、長さが１．２ｍの管状の反応器３１を用いた。反応器３１内には、固体触媒３４として、金属ニッケルを約２０ｗｔ％担持した平均粒径１０μｍのアルミナ粒子を成型加工したペレット（外径２ｍｍ）０．４ｋｇと、炭酸ガス吸収材３５として実施例５で示した方法で作製した、炭酸ルビジウムを５ｍｏｌ％添加したリチウムシリケートペレット（外径５ｍｍ）１．６ｋｇを混合して収容した。
【０１２１】
水蒸気とメタンをＨ２Ｏ／ＣＨ４＝３のモル比率で混合し、この混合した原料ガスを予め６００℃に加温し、１Ｌ／分の割合で原料ガス導入管３２から反応器３１に導入した。反応器３１内の圧力は絶対圧で１気圧（０．１ＭＰａ）とした。
【０１２２】
運転を開始してから３０分間後における改質装置のメタン転化率を下記（式７）に基づいて算出した。この結果を下記表２に示す。
【数１】
2009106812.tif 000004
【表２】
2009106812.tif 000005
【０１２３】
（比較例７）
炭酸ガス吸収材として比較例５と同じ方法で製造したリチウムシリケートペレットを用いた以外、実施例１０と同様の方法によりメタン転化率を求めた。この結果を表２に示す。
【０１２４】
（比較例８）
炭酸ガス吸収材として比較例６と同じ方法で製造した炭酸カリウムを５ｍｏｌ％添加したリチウムシリケートペレットを用いた以外、実施例１０と同様の方法によりメタン転化率を求めた。この結果を表２に示す。
【０１２５】
以上、表２から明らかなようにリチウムシリケートに炭酸ルビジウムを添加した炭酸ガス吸収材を用いた実施例１０のメタン改質反応は、リチウムシリケート単独からなる炭酸ガス吸収材を用いる比較例７のメタン改質反応に比べてメタン転化率が高いことがわかる。また、リチウムシリケートに炭酸カリウムを添加した炭酸ガス吸収材を用いる比較例８のメタン改質反応に比べてメタン転化率が高いことがわかる。
【０１２６】
これは、炭酸ルビジウムを添加することにより低濃度の炭酸ガス吸収速度が増加し、前記式（１）の反応平衡が右向きにシフトしてメタンの改質反応が促進しされたためである。
【０１２７】
（実施例１１）
実施例１で得られた炭酸ガス吸収材について、炭酸ガスを２．５ｖｏｌ％とした以外は実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１２８】
（比較例９）
比較例１で得られた炭酸ガス吸収材について、炭酸ガスを２．５ｖｏｌ％とした以外は実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１２９】
（実施例１２）
ルビジウム化合物を塩化ルビジウムとした以外は実施例３と同様の方法により、塩化ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【０１３０】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１３１】
（実施例１３）
ルビジウム化合物を水酸化ルビジウムとした以外は実施例３と同様の方法により、水酸化ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【０１３２】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１３３】
（実施例１４）
ルビジウム化合物を炭酸ルビジウム、塩化ルビジウムとし、二酸化珪素：炭酸リチウム：炭酸ルビジウム：塩化ルビジウムのモル比が１：２：０．０２５：０．０２５とした以外は実施例３と同様の方法により、炭酸ルビジウムおよび塩化ルビジウムを含むリチウムシリケート粉末（炭酸ガス吸収材）を得た。
【０１３４】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【０１３５】
（実施例１５）
二酸化珪素及び炭酸リチウムをこの場合、二酸化珪素（ＳｉＯ２）及び炭酸リチウム（Ｌｉ２Ｃｏ３）をモル比で１：２になるように秤量し、メノウ乳鉢で１時間混合した。
【０１３６】
得られた混合粉末をアルミナ坩堝に入れ、箱型電気炉で大気中７５０℃で８時間加熱処理し、リチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケートの粉末を得た。
【０１３７】
このリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート粉末に炭酸ルビジウムを、リチウムシリケート、炭酸ルビジウムがモル比で１：０．０５になるように添加し、乾式混合した。
【０１３８】
つづいて、この炭酸ルビジウムが添加されたリチウムオルトシリケートを含むリチウムシリケート粉末を所定量秤量し、金型に充填し、圧縮成型することにより炭酸ガス吸収材を製造した。
【０１３９】
得られた炭酸ガス吸収材を実施例１と同様の方法を用いて吸収性能を評価した。その結果を表１に示す。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の実施形態に係る炭酸ガス分離装置を示す概略断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る改質装置を示す概略図。
【符号の説明】
【０１４１】
１１、１２…第１、第２の吸収筒
２１、２２…内管（反応器）
３１、３２…外管
４１、４２…炭酸ガス吸収材
５…被処理ガス導入管（被処理ガス導入部）
６１、６２…被処理ガス導入分岐管（被処理ガス導入部）
７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、７１０、７１１…バルブ
８…炭酸ガス回収用ガス供給管
９１、９２…炭酸ガス回収用ガス供給分岐管
１０１、１０２…被処理ガス排出分岐管（被処理ガス排出部）
１１…被処理ガス排出管（被処理ガス排出部）
１２１、１２２…回収ガス排出分岐管
１３…回収ガス排出管
１４…燃焼器（加熱手段）
１５…燃焼ガス供給管
１６１、１６２…燃焼ガス供給分岐管
１７１、１７２…第１、第２の排気管
３１…反応器
３２…原料ガス導入管（原料ガス導入部）
３３…生成ガス排出管（生成ガス排出部）
３４…固体触媒
３５…炭酸ガス吸収材
３６ａ、３６ｂ…ヒータ（加熱手段）
【図１】
2009106812.tif 000006
【図２】
2009106812.tif 000007