(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記二酸化炭素吸収放出材および前記改質触媒の少なくとも一方を、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部との間を移動可能に構成したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項２】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材を充填した二酸化炭素吸収室と前記改質触媒を充填した改質室とを設け、前記二酸化炭素吸収室と前記改質室を交互に並設したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項３】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記改質触媒を反対面に設けた板状部材で流路を形成し、この流路に前記二酸化炭素吸収放出材を充填したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項４】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材を反対面に設けた板状部材で流路を形成し、この流路に前記改質触媒を充填したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項５】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記改質触媒および前記二酸化炭素吸収放出材の少なくとも一方で、移動床または流動床を選択的に構成したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項６】
二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、
前記改質触媒および前記二酸化炭素吸収放出材の少なくとも一方を、気流搬送と重力のいずれかにより移動可能に構成したことを特徴とする含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項７】
前記二酸化炭素吸収放出材および前記改質触媒をそれぞれ備えた複数個の容器を有し、これらの容器に対して前記含炭素燃料および前記水蒸気の流れを切り替える切替部を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の含炭素燃料の炭素分離装置。
【請求項８】
前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材と前記改質触媒を分離する多孔体を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の含炭素燃料の炭素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含炭素燃料から炭素を分離するための含炭素燃料の炭素分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題の中でも二酸化炭素（以下、ＣＯ2 とも称す）による温室効果が特に注目され、火力発電システムや工場からのＣＯ2 排出量の低減法やＣＯ2 の有効利用法が検討されている。上記ＣＯ2 排出量の低減法としては、火力発電システムや工場などの排ガスからＣＯ2 を分離して回収し、これを海底や廃鉱に貯留するなどの方法が考えられている。
【０００３】
図５は、アミン溶液を用いて燃焼排ガスからＣＯ2 を分離して回収する、いわゆるアミン法によるＣＯ2 回収設備を備えたガスタービン発電システムの従来技術を示したものである。
【０００４】
このガスタービン発電システムは、図５に示すように空気を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１により圧縮された空気でメタンを燃焼させるメタン燃焼器２と、このメタン燃焼器２から排出された燃焼排ガスを流入させて発電機を駆動させるガスタービン３と、供給された水に上記燃焼排ガスにより熱を与えて水蒸気を生成する排熱回収ボイラ４と、上記燃焼排ガスとアミン溶液を接触させ燃焼排ガスに含有しているＣＯ2 を除去する吸収塔５と、この吸収塔５でＣＯ2 を吸収したアミン溶液からＣＯ2 を除去する再生塔６などから構成されている。
【０００５】
したがって、上記ガスタービン発電システムにおいて、天然ガスの主成分であるメタン７は、燃焼器２に導入され、圧縮機１で圧縮された空気８で燃焼する。燃焼器２から排出された燃焼排ガス９は、ガスタービン３に流入し、図示しない発電機を駆動して発電した後、排熱回収ボイラ４に導入される。
【０００６】
この燃焼排ガス９は、排熱回収ボイラ４に供給された水１０に熱を与えて水蒸気１１を生成する。この生成された水蒸気１１は、ガスタービンの規模にもよるものの、図示しない蒸気タービンに送られて発電に使われるか、あるいは図５に示すように再生塔６に送られ、アミン溶液１２の再生に使用される。
【０００７】
一方、燃焼排ガス９は、排熱回収ボイラ４から排出した後、吸収塔５に流入してアミン溶液１２と接触し、含有していたＣＯ2 が除去される。この吸収塔５から排出された燃焼排ガス９は、図示しない煙突を通して大気に放出される。他方、吸収塔５でＣＯ2 を吸収したアミン溶液１２は、再生塔６で二酸化炭素（ＣＯ2 ）１３が除去され再び吸収塔５に戻る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなＣＯ2 回収設備を備えたガスタービン発電システムでは、燃料として天然ガスの主成分であるメタン７を大量の空気８（燃焼で生じる窒素酸化物の生成を抑えるため、化学量論比以上の空気を供給して燃焼温度を下げるため）で燃焼させるので、燃焼排ガス９中には多量の窒素と酸素とが混入しており、燃焼排ガス中のＣＯ2 濃度は２０％程度と低い。
【０００９】
また、吸収塔５に流入する燃焼排ガス９の圧力は、ほとんど大気圧程度と低いため、その風量が大きい。結果的に、ＣＯ2 回収設備（吸収塔５および再生塔６など）は大型化し、設備コストが非常に高くなる。
【００１０】
一方、アミン溶液１２の代わりにゼオライト粒子などによるＣＯ2 の吸着と脱着を利用してＣＯ2 を分離して回収する方法（特開平７−８０２４６号公報参照）も提案されているが、上記と同様の理由でコスト高となってしまう。さらに、ゼオライト粒子はＣＯ2 より水蒸気を吸着し易いので、予め水蒸気を除去しておく必要が生じたり、ＣＯ2 吸着時には加圧操作、ＣＯ2 脱着時には減圧操作が必要であり、処理工程が増加することから、これもコスト高の原因となる。
【００１１】
このような問題を改善するため、燃料を純酸素で燃焼させて燃焼排ガス中の窒素分をなくし、ＣＯ2 の分離を容易にしようとする、いわゆる純酸素燃焼法が提案されている（特開平３−１４５５２３号公報参照）。この純酸素燃焼法の場合、燃焼排ガスは、水分数％程度の残存酸素および微量のＳＯ2 とＮＯｘなどを除けば全てＣＯ2 になり、その結果、ＣＯ2 の分離装置は飛躍的に小型化・簡素化される。しかしながら、この純酸素燃焼法では、窒素を含む燃焼排ガスからのＣＯ2 の分離回収方式よりも有利であるとはいえ、酸素製造プロセスが必要になり、酸素製造のための動力と付加コストが大きいという課題があった。
【００１２】
本発明は上記した事情を考慮してなされたもので、燃焼排ガスからのＣＯ2 回収設備および酸素製造プロセスが不要になり、低コストでＣＯ2 の分離回収が可能な含炭素燃料の炭素分離装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記二酸化炭素吸収放出材および前記改質触媒の少なくとも一方を、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部との間を移動可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材を充填した二酸化炭素吸収室と前記改質触媒を充填した改質室とを設け、前記二酸化炭素吸収室と前記改質室を交互に並設したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記改質触媒を反対面に設けた板状部材で流路を形成し、この流路に前記二酸化炭素吸収放出材を充填したことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材を反対面に設けた板状部材で流路を形成し、この流路に前記改質触媒を充填したことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記改質触媒および前記二酸化炭素吸収放出材の少なくとも一方で、移動床または流動床を選択的に構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒を備え含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部と、前記二酸化炭素吸収放出材に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて前記二酸化炭素吸収放出材を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部とを有する炭素分離装置であって、前記改質触媒および前記二酸化炭素吸収放出材の少なくとも一方を、気流搬送と重力のいずれかにより移動可能に構成したことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の前記二酸化炭素吸収放出材および前記改質触媒をそれぞれ備えた複数個の容器を有し、これらの容器に対して前記含炭素燃料および前記水蒸気の流れを切り替える切替部を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の前記含炭素燃料改質部と前記二酸化炭素吸収放出材再生部のいずれかに、前記二酸化炭素吸収放出材と前記改質触媒を分離する多孔体を設けたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成の含炭素燃料の炭素分離装置においては、含炭素燃料の改質反応で生じたＣＯ2 を二酸化炭素吸収放出材で吸収し、この二酸化炭素吸収放出材から水蒸気雰囲気でＣＯ2 を放出させて分離する。すなわち、燃焼させる前の燃料から炭素分をＣＯ2 として除去するので、燃焼排ガスからのＣＯ2 回収設備および酸素製造プロセスは不要となる。しかも、処理ガス中に窒素分を含まれず、加圧状態でＣＯ2 を回収することができるので、処理ガスの風量が小さくなり、設備の小型化が図れる。
【００２３】
また、含炭素燃料改質ガスから改質反応と同時並行でＣＯ2 が除去されるので、熱力学的制限を受けることなく、より低温で改質反応が進行するとともに、炭素析出による改質触媒の被毒を防止することができる。
【００２４】
さらに、水蒸気で二酸化炭素吸収放出材を再生、すなわちＣＯ2 を放出させるので、水蒸気を凝縮させることにより、容易に純度の高いＣＯ2 を容易に分離して回収することができるとともに、ゼオライト粒子などによる吸脱着を用いたＣＯ2 分離と異なり、減圧操作や水蒸気除去工程が不要になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第１実施形態を示す構成図である。図１において、本実施形態は、二酸化炭素吸収放出材２１と改質触媒２２とを有し含炭素燃料を改質する含炭素燃料改質部２３と、二酸化炭素吸収放出材２１に吸収した二酸化炭素を水蒸気で放出させて二酸化炭素吸収放出材２１を再生する二酸化炭素吸収放出材再生部（以下、再生部と略称する）２４と、この再生部２４に接続され水蒸気を発生する水蒸気発生部２５とを備えている。
【００２７】
また、含炭素燃料改質部２３の出口側は、再生部２４の入口側と連通路２６により連通するとともに、再生部２４の出口側は含炭素燃料改質部２３の入口側と連通路２７により連通している。
【００２８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２９】
このように構成された本実施形態において、含炭素燃料改質部２３へ供給された含炭素燃料、例えばメタン（ＣＨ4 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、改質触媒２２において、以下の反応により水素を含む改質ガスに変換される。
【００３０】
【化１】
0003816681.tif 000002
【００３１】
上記反応１〜３で生成したＣＯ2 は、二酸化炭素吸収放出材２１に吸収される。これにより、上記反応１〜３がさらに進行して、水素を主成分とする改質ガスが得られる。
【００３２】
一方、ＣＯ2 を吸収した二酸化炭素吸収放出材２１は、重力により含炭素燃料改質部２３から連通路２６を通って改質触媒２２とともに再生部２４へ移動し、この再生部２４において水蒸気発生部２５から供給される水蒸気中にＣＯ2 を放出した後に、重力により連通路２７を通って含炭素燃料改質部２３へ戻る。したがって、再生部２４で発生した水蒸気およびＣＯ2 混合ガスは、水蒸気を凝縮させることにより、ＣＯ2 を容易に分離して回収することができる。
【００３３】
このように本実施形態によれば、燃焼させる前の含炭素燃料から炭素分をＣＯ2 として除去するので、燃焼排ガスからのＣＯ2 回収設備および酸素製造プロセスは不要となる。しかも、処理ガス中に窒素分が含まれず、加圧状態でＣＯ2 を回収することができるので、処理ガスの風量が小さくなり、設備の小型化が図れる。
【００３４】
また、含炭素燃料改質ガスから改質反応と同時並行でＣＯ2 が除去されるので、熱力学的制限を受けることなく、より低温で改質反応が進行するとともに、炭素析出による改質触媒の被毒を防止することができる。
【００３５】
さらに、水蒸気で二酸化炭素吸収放出材２１を再生するので、水蒸気を凝縮させることにより、純度の高いＣＯ2 を容易に分離して回収することができるとともに、ゼオライト粒子などによる吸脱着を用いたＣＯ2 分離と異なり、減圧操作や水蒸気除去工程が不要になる。
【００３６】
なお、本実施形態では、二酸化炭素吸収放出材２１を重力により移動させるように構成したが、これに限らず気流搬送により移動させるようにしてもよい。
【００３７】
［第２実施形態］
図２は本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第２実施形態を示す構成図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を用いて説明する。以下の各実施形態も同様である。
【００３８】
本実施形態において、含炭素燃料改質部２３は、図２に示すように多孔体としての無機多孔質膜２８により改質触媒２２が充填された改質触媒充填室２９と、二酸化炭素吸収放出材２１が充填された二酸化炭素吸収放出材流動室（以下、流動室と略称する）３０とに分割され、この流動室３０は、再生部２４の入口側および出口側とそれぞれ連通路３１，３２を介して接続されている。これにより、二酸化炭素吸収放出材２１は、流動室３０と再生部２４との間を移動可能となる。
【００３９】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４０】
このように構成された本実施形態において、含炭素燃料改質部２３へ供給された含炭素燃料、例えばメタンと水蒸気は改質触媒充填室２９に存在する改質触媒２２において、以下の反応により水素を含む改質ガスに変換される。
【００４１】
【化２】
0003816681.tif 000003
【００４２】
上記反応１〜３で生成したＣＯ2 は、無機多孔質膜２８を透過して流動室３０内の二酸化炭素吸収放出材２１に吸収される。これにより上記反応１〜３がさらに進行して、水素を主成分とする改質ガスが得られる。上記ＣＯ2 を吸収した二酸化炭素吸収放出材２１は、重力により連通路３１を通って再生部２４へ移動し、この再生部２４において水蒸気発生部２５から供給される水蒸気中にＣＯ2 を放出した後に、連通路３２を通って流動室３０へ戻る。したがって、再生部２４で発生した水蒸気およびＣＯ2 の混合ガスは、水蒸気を凝縮させることによりＣＯ2 を容易に分離して回収することができる。
【００４３】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、改質触媒２２は還元条件下で保持され、かつ改質触媒充填室２９に充填されて移動による衝撃が加わらないので、その形態を維持することができ、性能劣化を減少することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、二酸化炭素吸収放出材２１のみを含炭素燃料改質部２３の流動室３０と再生部２４との間を移動させるようにしたが、これに限らず二酸化炭素吸収放出材２１と改質触媒２２のうち、少なくとも一方を移動させるように構成すればよい。また、本実施形態では、無機多孔質膜２８を含炭素燃料改質部２３に設けた例について説明したが、これに限らず再生部２４に設けてもよい。
【００４５】
［第３実施形態］
図３は本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第３実施形態を示す構成図である。
【００４６】
本実施形態においては、図３に示すように二酸化炭素吸収放出材２１ａおよび改質触媒２２ａを第１の容器３３ａ内に有する含炭素燃料改質部２３ａと、二酸化炭素吸収放出材２１ｂおよび改質触媒２２ｂを第２の容器３３ｂ内に有する含炭素燃料改質部２３ｂと、含炭素燃料改質部２３ａへ含炭素燃料を供給する含炭素燃料供給部３４と、含炭素燃料改質部２３ｂへ水蒸気を供給する水蒸気発生部２５と、含炭素燃料改質部２３ａ，２３ｂと含炭素燃料供給部３４および水蒸気発生部２５との接続をそれぞれ切り替える切替部３５とから構成されている。
【００４７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４８】
このように構成された本実施形態において、含炭素燃料供給部３４から含炭素燃料改質部２３へ供給された含炭素燃料、例えば、メタンと水蒸気は改質触媒２２ａにおいて、以下の反応により水素を含む改質ガスに変換される。
【００４９】
【化３】
0003816681.tif 000004
【００５０】
上記反応１〜３で生成したＣＯ2 は、二酸化炭素吸収放出材２１ａに吸収される。これにより、上記反応１〜３がさらに進行して、水素を主成分とする改質ガスが得られる。
【００５１】
一方、ＣＯ2 を吸収した二酸化炭素吸収放出材２１ｂは、含炭素燃料改質部２３ｂへ水蒸気発生部２５から供給される水蒸気中に、ＣＯ2 を放出する。したがって、含炭素燃料改質部２３ｂで発生した水蒸気およびＣＯ2   混合ガスは、水蒸気を凝縮させることによりＣＯ2 を容易に分離して回収することができる。
【００５２】
次に、切替部３５によって含炭素燃料改質部２３ａ，２３ｂと、含炭素燃料供給部３４および水蒸気発生部２５との接続がそれぞれ切り替えられる。これにより、含炭素燃料改質部２３ａではＣＯ2 を吸収した二酸化炭素吸収放出材２１ａからのＣＯ2 の放出が行われる一方、炭素燃料改質部部２３ｂでは含炭素燃料の改質触媒２２ｂによる改質と、二酸化炭素吸収放出材２１ｂによるＣＯ2 の吸収とが行われる。以下、このサイクルが繰り返される。
【００５３】
このように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、水蒸気で二酸化炭素吸収放出材２１ａまたは２１ｂを再生するので、水蒸気を凝縮させることにより、純度の高いＣＯ2 を容易に分離して回収することができるとともに、ゼオライト粒子などによる吸脱着を用いたＣＯ2 分離と異なり、減圧操作や水蒸気除去工程が不要になる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、二酸化炭素吸収放出材２１ａ，２１ｂと改質触媒２２ａ，２２ｂとは、それぞれ移動による衝撃が加わらないので、その形態を維持することができ、性能劣化を減少することができる。
【００５５】
なお、本実施形態においても第２実施形態と同様、含炭素燃料改質部２３ａ，２３ｂは、多孔体としての無機多孔膜２８によって分割するように構成してもよい。
【００５６】
［第４実施形態］
図４は本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第４実施形態を示す構成図である。
【００５７】
本実施形態による含炭素燃料の炭素分離装置は、主として含炭素燃料改質部２３と再生部２４とから構成されている。含炭素燃料改質部２３は、改質触媒２２が充填された改質室３６と、二酸化炭素吸収放出材２１が充填された二酸化炭素吸収室３７とが交互に並設した構造となっており、各室３６，３７は多孔板３８によりそれぞれ分割して構成されている。
【００５８】
また、各二酸化炭素吸収放出室３７間は、改質触媒２２を反対面に設けた板状部材で流路３９が形成され、この流路３９により互いに連通状態にあり、また流路３９内には二酸化炭素吸収放出材２１が充填されている。
【００５９】
さらに、含炭素燃料改質部２３の出口側に配置された二酸化炭素吸収室３７は、再生部２４の入口側と連通路４０により連通する一方、含炭素燃料改質部２３の入口側に配置された二酸化炭素吸収室３７は、再生部２４の出口側と連通路４１により連通している。
【００６０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
このように構成された本実施形態において、天然ガスの主成分であるメタン７と水蒸気１１は、含炭素燃料改質部２３に流入し、改質室３６と二酸化炭素吸収室３７とを交互に流れる。改質室３６では上述した改質反応（反応１、反応２、反応３）が生じて二酸化炭素が生成されるものの、この二酸化炭素は次段の二酸化炭素吸収室３７で二酸化炭素吸収放出材２１により吸収される。
【００６２】
したがって、メタン７と水蒸気１１の混合ガスは、このように改質室３６と二酸化炭素吸収室３７とを交互に通過する間に、水素と未反応水蒸気からなる改質ガス４２となって含炭素燃料改質部２３から流出し、図示しないガスタービン燃焼器などに供給され、発電に利用される。
【００６３】
二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収放出材２１は、気流搬送によって流路３９を通り出口側（上方）の二酸化炭素吸収室３７に移動し、さらに重力によって連通路４０を通って再生部２４に移動し、ここで水蒸気１１によって再生される。
【００６４】
この再生された二酸化炭素吸収放出材２１は、重力によって連通路４１を通り再び含炭素燃料改質部２３における入口側（下方）の二酸化炭素吸収室３７に移動する。他方、再生部２４で放出された二酸化炭素１３は、水蒸気１１とともに流出した後、水蒸気１１と分離される（水蒸気１１を凝縮させることにより二酸化炭素１３と容易に分離することができる）。なお、含炭素燃料改質部２３や再生部２４に供給される水蒸気１１は、図示しない排熱回収ボイラなどで造られる。
【００６５】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、改質触媒２２は還元条件下で保持され、かつ改質室３６に充填されて移動による衝撃が加わらないので、その形態を維持することができ、性能劣化を減少することができる。
【００６６】
なお、図４に示す第４実施形態においては、含炭素燃料改質部２３の改質室３６を固定床、含炭素燃料改質部２３の二酸化炭素吸収室３７および再生部２４を移動床としている。したがって、より強固な改質触媒２２や二酸化炭素吸収放出材２１が開発されれば、これらを微小な粒子として流動床を構成すれば、改質反応の速度や二酸化炭素の吸収放出の速度を向上させることが可能となる。
【００６７】
したがって、本発明では、含炭素燃料改質部２３と再生部２４のいずれかに、改質触媒２２および二酸化炭素吸収放出材２１の少なくとも一方で、固定床，移動床あるいは流動床を選択的に構成すればよい。
【００６８】
また、第４実施形態では、含炭素燃料改質部２３に、二酸化炭素吸収放出材２１を充填した二酸化炭素吸収室３７と改質触媒２２を充填した改質室３６とを設けたが、二酸化炭素吸収室３７と改質室３６を再生部２４に設けるようにしてもよい。そして、第４実施形態と逆に、再生部２４に二酸化炭素吸収放出材２１を反対面に設けた板状部材で流路３９を形成し、この流路３９に改質触媒２２を充填させるようにしてもよい。
【００６９】
ところで、本発明における含炭素燃料としては、メタン以外のブタン，プロパンなどの炭化水素、メタノール，エタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどでも何ら問題は発生しない。
【００７０】
また、本発明における改質触媒としては、銅系，ニッケル系，パラジウム系，白金系，ルテニウム系などから温度条件および含炭素燃料に応じて適当なものを選択して用いることができる。
【００７１】
さらに、本発明の各実施形態では、粒状または粉体状の触媒が用いられているが、膜状触媒であっても何ら問題は発生しない。さらにまた、本発明における二酸化炭素吸収放出材２１としては、酸化カルシウム，酸化エルビウム，酸化マグネシウム，リチウムジルコネートなどの炭酸塩を生じる二酸化炭素吸収放出材を用いることができる。
【００７２】
また、本発明の実施形態では、粒状または粉体状の二酸化炭素吸収放出材が用いられているが、膜状であっても何ら問題は発生しない。そして、本発明における含炭素燃料改質部および水蒸気発生部の熱源としては、ガスタービンの燃焼排ガスの余熱、その他工場排熱または地熱を用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の含炭素燃料の炭素分離装置によれば、含炭素燃料改質部で含炭素燃料の改質反応で生じた二酸化炭素を二酸化炭素吸収放出材で吸収し、二酸化炭素吸収放出材再生部でこの二酸化炭素吸収放出材から水蒸気雰囲気で二酸化炭素を分離する。すなわち、燃焼させる前の燃料から炭素分を二酸化炭素として除去するので、燃焼排ガスからの二酸化炭素の回収設備および酸素製造プロセスは不要となる。しかも、処理ガス中に窒素分が含まれず、加圧状態でＣＯ2 を回収することができるので、処理ガスの風量が小さくなり、設備の小型化が図れる。
【００７４】
また、含炭素燃料改質ガスからＣＯ2 が除去されるので、熱力学的制限を受けることなく、より低温で改質反応が進行するとともに、炭素析出による改質触媒の被毒を防止することができる。
【００７５】
さらに、水蒸気で二酸化炭素吸収放出材を再生するので、水蒸気を凝縮させることにより、純度の高いＣＯ2 を容易に分離して回収することができるとともに、ゼオライト粒子などによる吸脱着を用いたＣＯ2 分離と異なり、減圧操作や水蒸気除去工程が不要になる。
【００７６】
また、請求項１または７記載の発明によれば、二酸化炭素吸収放出材と改質触媒とは移動による衝撃が加わらないので、その形態を維持して性能劣化が少ないという効果がさらに生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第１実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第２実施形態を示す構成図。
【図３】本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第３実施形態を示す構成図。
【図４】本発明に係る含炭素燃料の炭素分離装置の第４実施形態を示す構成図。
【図５】ＣＯ2 回収設備を有する発電システムの従来技術を示す系統図。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  ガスタービン
４  排熱回収ボイラ
５  吸収塔
６  再生塔
７  メタン
８  空気
９  燃焼排ガス
１０  水
１１  水蒸気
１２  アミン溶液
１３  二酸化炭素
２１  二酸化炭素吸収放出材
２２  改質触媒
２３  含炭素燃料改質部
２４  二酸化炭素吸収放出材再生部
２５  水蒸気発生部
２６  連通路
２７  連通路
２８  無機多孔膜
２９  改質触媒充填室
３０  二酸化炭素吸収放出材流動室
３１  連通路
３２  連通路
３３ａ  第１の容器
３３ｂ  第２の容器
３４  含炭素燃料供給部
３５  切替部
３６  改質室
３７  二酸化炭素吸収室
３８  多孔板
３９  流路
４０  連通路
４１  連通路
４２  改質ガス
【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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