特許 6298360 二酸化炭素分離システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6298360

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】二酸化炭素分離システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/08 20060101AFI20180312BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20180312BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/08ZAB

   B01D53/62

   C01B32/50

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-110030(P2014-110030)

(22)【出願日】2014年5月28日

(65)【公開番号】特開2015-223558(P2015-223558A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年5月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西部 祥平

(72)【発明者】

【氏名】野中 嘉治

(72)【発明者】

【氏名】荻野 智行

(72)【発明者】

【氏名】奥村 雄志

(72)【発明者】

【氏名】庄司 恭敏

【審査官】 佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１２１５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７１２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０８２８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２２０３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１４２８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０２７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭３７−００９６６７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５６−１５０４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／０２−５３／１２

Ｂ０１Ｄ ５３／３４−５３／６２

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

Ｂ０１Ｊ ８／００− ８／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離システムであって、
脱着用水蒸気を二酸化炭素吸着後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤から二酸化炭素を放出させる再生処理室と、乾燥用ガスを前記脱着用水蒸気と接触後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤を乾燥させる乾燥処理室と、前記対象ガスを前記吸着剤に接触させて前記吸着剤に前記対象ガス中の二酸化炭素を吸着させる吸着処理室とを有する処理塔を備え、
前記処理塔が、頂部から前記吸着剤が投入され、底部から前記吸着剤が排出される塔型の処理容器であって、前記吸着剤の層状流れを維持しつつ前記吸着剤の下向きの移動を妨げる障害物によって内部空間が前記乾燥処理室と前記吸着処理室とに仮想的に分けられた処理容器と、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの下部へ各処理室の処理に対応した気体を噴出する噴出口が形成された第１流路部材と、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの上部から前記吸着剤と接触したあとの前記気体を排出する排気口が形成された第２流路部材とを有し、
前記吸着処理室において、前記排気口が前記障害物の下方に形成された前記吸着剤が存在しない空隙に開口している、
二酸化炭素分離システム。

【請求項2】

吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離システムであって、
脱着用水蒸気を二酸化炭素吸着後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤から二酸化炭素を放出させる再生処理室と、乾燥用ガスを前記脱着用水蒸気と接触後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤を乾燥させる乾燥処理室と、前記対象ガスを前記吸着剤に接触させて前記吸着剤に前記対象ガス中の二酸化炭素を吸着させる吸着処理室とを有する処理塔を備え、
前記処理塔が、頂部から前記吸着剤が投入され、底部から前記吸着剤が排出される塔型の処理容器であって、前記吸着剤の層状流れを維持しつつ前記吸着剤の下向きの移動を妨げる上下複数の障害物によって内部空間が上方から前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室とに仮想的に分けられた処理容器と、
前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの下部へ各処理室の処理に対応した気体を噴出する噴出口が形成された第１流路部材と、
前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの上部から前記吸着剤と接触したあとの前記気体を排出する排気口が形成された第２流路部材とを有し、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室において、前記排気口が前記障害物の下方に形成された前記吸着剤が存在しない空隙に開口している、
二酸化炭素分離システム。

【請求項3】

前記障害物が、前記吸着剤の流路面積を下方に向かって減少させるテーパ形成体により形成されている、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離システム。

【請求項4】

前記テーパ形成体のテーパ面の母線と鉛直方向とが０°より大きく６０°より小さい範囲の角度を成している、請求項３に記載の二酸化炭素分離システム。

【請求項5】

前記障害物が、前記吸着剤の移動方向と略直交する方向に並べられた複数の棒状体により形成されている、請求項１又は２に記載の二酸化炭素分離システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、石炭燃焼排ガス等の二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む対象ガスから二酸化炭素を分離する、二酸化炭素分離システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離し回収するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、図４に示すような従来の二酸化炭素分離回収システム１００が開示されている。この従来の二酸化炭素分離回収システム１００は、上方から下方へ並んで配置されたホッパ１１０、吸着塔１２０、再生塔１３０、乾燥塔１４０、及び冷却塔１５０と、冷却塔１５０からホッパ１１０へ吸着剤を移送するコンベア１６０とを備えている。ホッパ１１０に収容された吸着剤は、吸着塔１２０、再生塔１３０、乾燥塔１４０、及び冷却塔１５０の順に、自重で下方へ移動する。

【0003】

吸着塔１２０では、対象ガスが吸着剤と接触させられ、対象ガス中の二酸化炭素が吸着剤に吸着される。再生塔１３０には乾燥塔１４０から水蒸気が供給され、その水蒸気が二酸化炭素吸着後の吸着剤に凝縮することによって、吸着剤から二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素は、二酸化炭素回収路１３５を通じて回収ポンプ１７０に吸引され、回収ポンプ１７０で圧縮された後に二酸化炭素ホルダ１８０に貯留される。乾燥塔１４０は、吸着剤に付着した凝縮水を間接加熱により蒸発させる。凝縮水の蒸発に由来する水蒸気は、再生用の水蒸気として再生塔１３０に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１２１５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図４に示す従来の二酸化炭素分離回収システム１００では、少なくとも吸着塔１２０、再生塔１３０、及び乾燥塔１４０の各塔の下部に、各塔からの吸着剤の排出量を調整する排出装置が設けられている。そのため、従来の二酸化炭素分離回収システム１００は、ホッパ１１０、吸着塔１２０、再生塔１３０、乾燥塔１４０、及び冷却塔１５０を上下方向に並べるうえに、複数の排出装置を備えるために、システムの高さを抑えることが困難であり、システムの大型化が避けられなかった。また、システムに複数の排出装置を備えることにより、各排出装置のための設備、運転、保守に係るコストが嵩むので、経済的ではなかった。

【0006】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離及び回収する二酸化炭素分離システムであって、設備、運転、保守に係るコストの増大を回避しつつ、システムの小型化を実現可能なもの提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る二酸化炭素分離システムは、
吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離システムであって、
脱着用水蒸気を二酸化炭素吸着後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤から二酸化炭素を放出させる再生処理室と、乾燥用ガスを前記脱着用水蒸気と接触後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤を乾燥させる乾燥処理室と、前記対象ガスを前記吸着剤に接触させて前記吸着剤に前記対象ガス中の二酸化炭素を吸着させる吸着処理室とを有する処理塔を備え、
前記処理塔が、頂部から前記吸着剤が投入され、底部から前記吸着剤が排出される塔型の処理容器であって、前記吸着剤の層状流れを維持しつつ前記吸着剤の下向きの移動を妨げる障害物によって内部空間が前記乾燥処理室と前記吸着処理室とに仮想的に分けられた処理容器と、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの下部へ各処理室の処理に対応した気体を噴出する噴出口が形成された第１流路部材と、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの上部から前記吸着剤と接触したあとの前記気体を排出する排気口が形成された第２流路部材とを有し、
前記吸着処理室において、前記排気口が前記障害物の下方に形成された前記吸着剤が存在しない空隙に開口しているものである。

【0008】

上記構成の二酸化炭素分離システムでは、乾燥処理室と吸着処理室とが１つの処理容器に形成されている。そのため、乾燥処理室の下方にも排出装置が設けられていた従来のシステムと比較して、処理容器及び排出装置の数を減らすことができる。処理容器及び排出装置の数の低減により、設備、運転、及び保守に係るコストを削減することができる。さらに、排出装置の設置スペースを減少させることが可能であり、システムの高さを低く抑えることにより、システムの小型化を図ることができる。

【0009】

また、本発明の別の態様に係る二酸化炭素分離システムは、
吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離システムであって、
脱着用水蒸気を二酸化炭素吸着後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤から二酸化炭素を放出させる再生処理室と、乾燥用ガスを前記脱着用水蒸気と接触後の前記吸着剤に接触させて前記吸着剤を乾燥させる乾燥処理室と、前記対象ガスを前記吸着剤に接触させて前記吸着剤に前記対象ガス中の二酸化炭素を吸着させる吸着処理室とを有する処理塔を備え、
前記処理塔が、頂部から前記吸着剤が投入され、底部から前記吸着剤が排出される塔型の処理容器であって、前記吸着剤の層状流れを維持しつつ前記吸着剤の下向きの移動を妨げる上下複数の障害物によって内部空間が上方から前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室とに仮想的に分けられた処理容器と、
前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの下部へ各処理室の処理に対応した気体を噴出する噴出口が形成された第１流路部材と、
前記再生処理室と前記乾燥処理室と前記吸着処理室のそれぞれの上部から前記吸着剤と接触したあとの前記気体を排出する排気口が形成された第２流路部材とを有し、
前記乾燥処理室と前記吸着処理室において、前記排気口が前記障害物の下方に形成された前記吸着剤が存在しない空隙に開口しているものである。

【0010】

上記構成の二酸化炭素分離システムでは、吸着処理室、再生処理室及び乾燥処理室が１つの処理容器内に形成され、処理容器の下部に１つの排出装置が設けられている。よって、各処理室の下部に排出装置が設けられていた従来のシステムと比較して、排出装置の数を削減することができる。排出装置の数の削減により、排出装置に係る製造コスト及び運転コストを削減することができる。さらに、排出装置の設置スペースを減少させることが可能であり、システムの高さを低く抑えることにより、システムの小型化を図ることができる。

【0011】

上記二酸化炭素分離システムにおいて、前記障害物が、前記吸着剤の流路面積を下方に向かって減少させるテーパ形成体であってよい。この場合、前記テーパ形成体のテーパ面の母線と鉛直方向とが０°より大きく６０°より小さい範囲の角度を成していることが望ましい。また、二酸化炭素分離システムにおいて、前記障害物が、前記吸着剤の移動方向と略直交する方向に並べられた複数の棒状体であってよい。

【0012】

上記二酸化炭素分離システムによれば、下側の処理室から上側の処理室への気体の移動を制限しつつ、上側の処理室から下側の処理室への吸着剤の移動を維持することのできる障害物を、単純な構造で、運転動力を必要しないで実現することができる。よって、二酸化炭素分離システムの設備、運転、及び保守に係るコストの増大を抑えることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、設備コストを抑え、且つ、小型化の可能な二酸化炭素分離システムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離システムの概略構成図である。

【図2】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素分離システムの概略構成図である。

【図3】絞り部の変形例を示す二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。

【図4】従来の二酸化炭素分離回収システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の二酸化炭素分離システムは、固体吸着剤を用いて対象ガス中の二酸化炭素を選択的に分離し、分離に利用した固体吸着剤を再生する、一連のシステムである。このシステムは、分離した二酸化炭素を回収することを更に加えた、二酸化炭素分離回収システムであってもよい。対象ガスは、例えば、燃焼排ガスである。吸着剤は、例えば、アミン化合物を担持する多孔性物質である。多孔性物質としては、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、金属酸化物などを用いることができる。以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0016】

[第１実施形態]
図１に、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素分離システム１Ａを示す。この二酸化炭素分離システム１Ａは、吸着剤への二酸化炭素の吸着、吸着剤の再生、及び吸着剤の乾燥を行う処理塔９１と、処理塔９１の底部から頂部へ吸着剤を移送するコンベア９２と備えている。

【0017】

処理塔９１は、上下方向を長手方向とする塔型の処理容器１０を有する。処理容器１０の頂部には吸着剤を内部に投入するための投入口１３が設けられており、この投入口１３へコンベア９２により吸着剤が送給される。処理容器１０の底部には吸着剤の排出口１４が設けられている。排出口１４には、吸着剤を連続的又は間欠的に排出するための排出装置９３が設けられている。本実施形態に係る排出装置９３は、処理容器１０内からコンベア９２へ吸着剤を定量排出するテーブルフィーダであって、回転軸が垂直なロータと、ロータを回転駆動する駆動手段とを備えている。但し、排出装置９３は、テーブルフィーダに限定されず、例えばロータリフィーダなどの、公知の粒体排出手段を排出装置９３として用いることができる。

【0018】

処理容器１０では、コンベア９２と排出装置９３の動作により、排出口１４から吸着剤を連続的に抜き出すとともに、投入口１３から新しく吸着剤を供給して、処理容器１０の頂部から底部まで吸着剤を自重により降下させている。

【0019】

処理容器１０の投入口１３と排出口１４との間には、吸着剤の流れを制限する上下方向に２つの絞り部６が設けられている。絞り部６によって、下向きの距離に対し処理容器１０の内部空間の断面積が減少する。各絞り部６は、吸着剤の移動層の層状流れを維持しつつ、一部の吸着剤の下方への移動が妨げる障害物６０で形成されている。移動が妨げられた吸着剤は、障害物６０を避けて又は当接して横にそれて下方へ移動する。そのため、障害物６０の下方には吸着剤が存在しない空隙Ｖが生じる。

【0020】

本実施形態に係る絞り部６は、処理容器１０の内壁に形成されたテーパ形成体６１を障害物６０としている。テーパ形成体６１の入口６１ａは、処理容器１０の内壁面と一致しているか近接している。また、テーパ形成体６１は下窄まりのテーパ面６１ｃを有し、入口６１ａの下方に当該入口６１ａよりも小径の出口６１ｂを有している。

【0021】

障害物６０（ここでは、テーパ形成体６１）を境界として、処理容器１０は上側の障害物６０により上側の再生処理室３と下側の乾燥処理室４とに仮想的に分けられ、下側の障害物６０により上側の乾燥処理室４と下側の吸着処理室２とに仮想的に分けられている。ここで、「仮想的に分けられている」とは、実際には処理室同士を区分する実体（例えば、シャッターなど）がなく、上側と下側の処理室が直接的に連通していることを言う。

【0022】

吸着処理室２は、対象ガスを吸着剤に接触させる処理室である。吸着処理室２の下部には対象ガスを噴出する噴出口が形成された流路部材２４が設けられており、この流路部材２４が対象ガス供給路２１と接続されている。吸着処理室２の上部には、対象ガスを排出する排気口が形成された流路部材２５が設けられており、流路部材２５は対象ガス排出路２２と接続されている。吸着処理室２の上部に設けられた排気口は、障害物６０の下方に形成された吸着剤が存在しない空隙Ｖに開口している。

【0023】

吸着処理室２には、対象ガス供給路２１を通じて対象ガスが供給される。吸着処理室２内では、吸着剤が下向きに移動するとともに、この吸着剤の流れと逆向きに下から上へ対象ガスが流れる。このように吸着処理室２内には向流式移動層が形成されており、吸着剤と対象ガスの接触が連続的に行われる。吸着剤と対象ガスの接触により、対象ガス中の二酸化炭素が吸着剤に吸着される。

【0024】

吸着処理室２と乾燥処理室４との間に絞り部６が設けられているため、障害物６０の下方には吸着剤が存在しない空隙Ｖが存在しており、障害物６０より下方の気体は圧力損失の小さい空隙Ｖへ流れるように誘導される。したがって、吸着処理室２を上昇した対象ガスの殆どは空隙Ｖへ流れて、吸着処理室２の排気口から対象ガス排出路２２を通じて外部へ排出される。つまり、吸着処理室２の吸着剤と接触することにより二酸化炭素が除去された対象ガスは、吸着処理室２から乾燥処理室４へ殆ど流入しない。二酸化炭素吸着後の吸着剤は、再生処理室３へ移送される。

【0025】

絞り部６において上記のような対象ガスの流れを形成するために、円錐状のテーパ形成体６１のテーパ面６１ｃの母線と鉛直方向とが成す角度γは、０°より大きく６０°より小さい範囲の角度であることが望ましい（０°＜γ＜６０°）。角度γが０°以下であるときは、テーパ形成体６１が絞り部６として機能することができず、空隙Ｖと乾燥処理室４との間に圧力損失差が生じない。その結果、乾燥処理室４では対向流となるガス量が減少し、また、対象ガスが吸着処理室２から流入するので、乾燥効率が低下する。一方、角度γが６０°以上であるときは、テーパ面６１ｃと水平面とのなす角度が安息角よりも小さくなり、テーパ形成体６１で吸着剤の滞留や偏析が生じるおそれがある。安息角は粒子の大きさと粒子の角の丸みや形状により決まることが知られているが、参考例として、平均粒子径が直径３ｍｍの吸着剤（例えば、シリカゲル）の安息角はおよそ３０°であるので、この場合に角度γが６０°を超えるとテーパ面６１ｃと水平面との成す角度が安息角より小さくなり吸着剤の滞留や偏析が生じるおそれがある。上記において平均粒子径とは、レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて、試料を測定し、粒度分布（累積分布）を求めたときの体積基準の相対粒子量が５０％になる粒子径（メジアン径）とする。明示するまでもないが、吸着剤やその平均粒子径は上記参考例に限定されない。なお、本実施形態に係るテーパ形成体６１のテーパ面６１ｃは距離に対し径が線形に変化する線形テーパであるが、テーパ面６１ｃは指数関数形や放物線形のテーパであってもよい。

【0026】

再生処理室３は、脱着用水蒸気を吸着剤と接触させる処理室である。再生処理室３の下部には脱着用水蒸気を噴出する噴出口が形成された流路部材３４が設けられており、この流路部材３４が脱着用水蒸気供給路３１と接続されている。再生処理室３の上部には、二酸化炭素を含む気体を排出する排気口が形成された流路部材３５が設けられており、流路部材３５は二酸化炭素回収路３２と接続されている。再生処理室３には、脱着用水蒸気供給路３１を通じて、常圧で１００℃以上の脱着用水蒸気が供給される。

【0027】

再生処理室３内では、供給された脱着用水蒸気が、吸着剤の流れと逆向きに下から上へ流れる。このように再生処理室３内には向流式移動層が形成されており、吸着剤と脱着用水蒸気の接触が連続的に行われる。吸着剤と脱着用水蒸気の接触により脱着用水蒸気中の水蒸気が吸着剤に凝縮し、これにより吸着剤から二酸化炭素が放出される。なお、脱着用水蒸気中の水蒸気の量は、脱着用水蒸気中の水蒸気のほぼ全てが吸着剤に凝縮する程度である。吸着剤から放出された二酸化炭素及び脱着用水蒸気中の二酸化炭素は、二酸化炭素回収路３２を通じて排出される。凝縮水が付着した吸着剤は、乾燥処理室４へ移送される。

【0028】

乾燥処理室４は、脱着用水蒸気と接触後の吸着剤を乾燥させる処理室である。本実施形態では、吸着剤の乾燥が、乾燥用ガスを吸着剤に接触させる直接加熱により行われる。ただし、吸着剤の乾燥は、乾燥処理室４内に通された熱媒体が流れる配管に間接加熱により行われてもよい。例えば、間接加熱用の熱媒体としては、再生処理室３から排出される二酸化炭素、再生処理室３へ供給される前の脱着用水蒸気などを用いてもよい。

【0029】

乾燥処理室４の下部には乾燥用ガス供給路４１が接続されており、乾燥処理室４の上部には乾燥用ガス排出路４２が接続されている。乾燥処理室４の下部には乾燥用ガスを噴出する噴出口が形成された流路部材４４が設けられており、この流路部材４４が乾燥用ガス供給路４１と接続されている。乾燥処理室４の上部には、乾燥用ガスを排出する排気口が形成された流路部材４５が設けられており、流路部材４５は乾燥用ガス排出路４２と接続されている。乾燥処理室４の上部に設けられた排気口は、障害物６０の下方に形成された吸着剤が存在しない空隙Ｖに開口している。

【0030】

乾燥処理室４には、乾燥用ガス供給路４１を通じて乾燥用ガスが供給される。乾燥処理室４内では、供給された乾燥用ガスが、吸着剤の流れと逆向きに下から上へ流れる。このように乾燥処理室４内には向流式移動層が形成されており、吸着剤と乾燥用ガスの接触が連続的に行われる。吸着剤と乾燥用ガスの接触により、吸着剤に付着した凝縮水が蒸発する。

【0031】

乾燥処理室４と再生処理室３との間に絞り部６が設けられているため、障害物６０の下方には吸着剤が存在しない空隙Ｖが存在しており、障害物６０より下方の気体は圧力損失の小さい空隙Ｖへ流れるように誘導される。したがって、乾燥処理室４を上昇した乾燥用ガスの殆どは空隙Ｖへ流れる。そして、凝縮水の蒸発に由来する水蒸気は、乾燥用ガスと共に乾燥処理室４の排気口から乾燥用ガス排出路４２を通じて外部へ排出される。つまり、乾燥処理室４の吸着剤と接触した乾燥用ガスは、乾燥処理室４から再生処理室３へ殆ど流入しない。

【0032】

乾燥処理室４で吸着剤の乾燥が進むにつれて、吸着剤の温度は、吸着剤に付着した凝縮水の蒸発により、乾燥用ガスの湿球温度まで徐々に下がる。その後、吸着剤の温度は、凝縮水の蒸発中は乾燥用ガスの湿球温度に維持される。乾燥用ガスの湿球温度が吸着処理室２への投入温度（例えば、約４０℃）となるように、乾燥用ガスが調製される。乾燥後の吸着剤は、吸着処理室２へ移送される。

【0033】

上記構成の二酸化炭素分離システム１Ａでは、吸着処理室２、再生処理室３及び乾燥処理室４が１つの処理容器１０内に形成され、処理容器１０の下部に１つの排出装置９３が設けられている。このように、１つの処理容器１０内を複数の処理室として利用することで、処理塔９１に複数の処理容器を設ける従来の場合と比較して、処理容器の数を減らすことができる。処理容器の数の低減により、処理塔９１に係る設備コストを削減することができるとともに、高さを抑えた処理塔９１を形成することが可能となる。また、処理容器の数の低減に伴い、上記従来の場合と比較して、排出装置の数も減らすことができる。この排出装置の数の低減により、排出装置に係る設備、運転、及び保守に係るコストを削減することができる。さらに、排出装置の数の低減により、高さを抑えた処理塔９１を形成することが可能となり、ひいてはシステムの小型化を実現することができる。

【0034】

また、上記二酸化炭素分離システム１Ａでは、処理容器１０の再生処理室３、乾燥処理室４及び吸着処理室２に連続する移動層が形成されている。つまり、絞り部６によって気体の移動は制限されるが、吸着剤の移動は制限されない。よって、吸着剤による移動層の層状の流れが維持されて、吸着剤の詰まりなどの不具合が発生しない。

【0035】

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図２に、本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素分離システム１Ｂを示す。前述の第１実施形態に係る二酸化炭素分離システム１Ａでは、常圧の脱着用水蒸気が再生処理室３に供給されており、吸着処理室２、再生処理室３、及び乾燥処理室４に差圧が生じない。そのため、吸着処理室２、再生処理室３、及び乾燥処理室４を一つの連続する空間に形成することが可能であった。これに対し、第２実施形態に係る二酸化炭素分離システム１Ｂでは、脱着用水蒸気を温度が約６０[℃]で絶対圧が約２０[ｋＰａ]の飽和水蒸気としている。そのため、常圧の乾燥処理室４及び吸着処理室２が一つの処理容器に形成され、ゲージ圧で負圧の再生処理室３が他の処理容器に形成されている。以下では、第２実施形態に係る二酸化炭素分離システム１Ｂについて詳細に説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0036】

図２に示されるように、二酸化炭素分離システム１Ｂは、吸着剤への二酸化炭素の吸着、吸着剤の再生、及び吸着剤の乾燥を行う処理塔９１と、処理塔９１の底部から頂部へ吸着剤を移送するコンベア９２と備えている。

【0037】

処理塔９１は、上下方向に２つの塔型の処理容器１０１，１０２を有する。各処理容器１０１，１０２の頂部には吸着剤を内部に投入するための投入口１３が設けられている。各処理容器１０１，１０２の底部には吸着剤の排出口１４が設けられている。各排出口１４には、吸着剤を連続的または間欠的に排出するための排出装置９３が設けられている。本実施形態に係る排出装置９３は、処理容器１０内からコンベア９２へ吸着剤を定量排出するテーブルフィーダであって、回転軸が垂直なロータと、ロータを回転駆動する駆動手段とを備えている。但し、排出装置９３は、テーブルフィーダに限定されず、例えばロータリフィーダなどの、公知の粒体排出手段を排出装置９３として用いることができる。

【0038】

第１処理容器１０１の投入口１３へ、第２処理容器１０２の排出口１４から排出された吸着剤がコンベア９２により送給される。処理容器１０１の排出口１４から排出された吸着剤は、移送管９４を通じて第２処理容器１０２の投入口１３へ送給される。このようにして、各処理容器１０１，１０２では、コンベア９２と排出装置９３の動作により、排出口１４から吸着剤を連続的に抜き出すとともに、投入口１３から新しく吸着剤を供給して、処理容器１０の頂部から底部まで吸着剤を自重により降下させている。

【0039】

第１処理容器１０１の投入口１３と排出口１４との間には、処理容器１０の内部空間の断面積を減少させる絞り部６が設けられている。絞り部６には、吸着剤の移動層の層状流れを維持しつつ吸着剤の下向きの移動を妨げる障害物６０としてテーパ形成体６１が設けられている。テーパ形成体６１の出口６１ｂを境界として、第１処理容器１０１内は上側の乾燥処理室４と下側の吸着処理室２とに仮想的に分けられている。

【0040】

乾燥処理室４には、乾燥用ガス供給路４１を通じて乾燥用ガスが供給され、吸着剤に付着した凝縮水が蒸発する。凝縮水の蒸発に由来する水蒸気は、乾燥用ガスと共に乾燥用ガス排出路４２を通じて排出される。乾燥後の吸着剤は、吸着処理室２へ移送される。

【0041】

吸着処理室２には、対象ガス供給路２１を通じて対象ガスが供給され、対象ガス中の二酸化炭素が吸着剤に吸着される。二酸化炭素が除去された対象ガスは、対象ガス排出路２２を通じて排出される。二酸化炭素吸着後の吸着剤は、再生処理室３へ移送される。なお、吸着処理室２から再生処理室３へ、即ち、第１処理容器１０１から第２処理容器１０２へ、吸着剤は自重により移動する。

【0042】

第１処理容器１０１内には、再生処理室３が形成されている。再生処理室３には、脱着用水蒸気供給路３１を通じて、温度が約６０[℃]で絶対圧が約２０ｋＰａの飽和水蒸気が供給される。再生処理室３内は、飽和水蒸気によって凝縮水が蒸発し得る負圧（ゲージ圧）となるように、吸引ポンプ３３で吸引されている。このため、第１処理容器１０１と第２処理容器１０２の間には、大気圧に対する圧力差を保つための差圧保持装置９６（例えば、ロックホッパ）が設けられる。吸着剤から放出された二酸化炭素及び脱着用水蒸気中の二酸化炭素は、二酸化炭素回収路３２を通じて排出される。凝縮水が付着した吸着剤は、乾燥処理室４へコンベア９２によって移送される。

【0043】

上記構成の二酸化炭素分離システム１Ｂでは、乾燥処理室４と吸着処理室２とが１つの第１処理容器１０１に形成されている。そのため、乾燥処理室４の下方にも排出装置が設けられていた従来のシステムと比較して、処理容器及び排出装置の数を減らすことができる。処理容器及び排出装置の数の低減により、設備、運転、及び保守に係るコストを削減することができる。さらに、高さを抑えた処理塔９１を形成することが可能となり、ひいてはシステムの小型化を実現することができる。

【0044】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0045】

例えば、上記実施の形態では、絞り部６を形成している障害物６０はテーパ形成体６１であるが、障害物６０はこれに限定されない。例えば、図３に示されるように、障害物６０が、吸着剤の移動方向と略直交する方向（ここでは水平方向）に並べられた複数の棒状体６２であってもよい。この場合、吸着処理室２及び乾燥処理室４の排気口及びその近傍に、吸着剤が存在しない空隙Ｖが形成されるように、吸着処理室２及び乾燥処理室４の排気口の直ぐ上方に少なくとも１本の棒状体６２が配置される。

【0046】

各棒状体６２は、上向きの面が上から下へ向かう傾きを有している。これにより棒状体６２に上方から当接した吸着剤は、棒状体６２の表面に沿って下方へ移動することができる。図２に示す各棒状体６２の縦断面形状は円形であるが、棒状体６２の縦断面形状は半円形、三角形、又は四角形であってもよい。

【0047】

なお、図３では複数の棒状体６２を上下一段に並べているが、絞り部６に上下複数段の複数の棒状体６２が設けられていてもよい。また、複数の棒状体６２は一方向に並べられているが、複数の棒状体６２が平面視で網目状となるように交差して並べられていてもよい。

【0048】

また、例えば、上記実施の形態では、吸着処理室２、再生処理室３、及び乾燥処理室４はそれぞれ１つずつ設けられている。但し、これらのうち少なくとも１つの処理室において、更なる絞り部６が設けられることによって、絞り部６を形成している障害物６０を境界として複数の領域に仮想的に分けられていてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１Ａ，１Ｂ 二酸化炭素分離システム
２ 吸着処理室
３ 再生処理室
４ 乾燥処理室
１０ 処理容器
１０１ 第１処理容器
１０２ 第２処理容器
６ 絞り部
６０ 障害物
６１ テーパ形成体
６２ 棒状体
９１ 処理塔
９２ コンベア
９３ 排出装置
９４ 移送管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】