特開 2023-697 二酸化炭素分離回収・利用システムおよび二酸化炭素分離回収・利用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023000697

(43)【公開日】2023-01-04

(54)【発明の名称】二酸化炭素分離回収・利用システムおよび二酸化炭素分離回収・利用方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/50 20170101AFI20221222BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 69/10 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 71/02 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 69/12 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/04 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/82 20060101ALI20221222BHJP

   B01D 53/96 20060101ALI20221222BHJP

   C07C 1/12 20060101ALI20221222BHJP

【ＦＩ】

C01B32/50

B01D53/14 100

B01D69/10 ZAB

B01D71/02 500

B01D53/22

B01D69/12

B01D53/04 110

B01D53/04 230

B01D53/62

B01D53/82

B01D53/96

C07C1/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021101670

(22)【出願日】2021-06-18

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「ムーンショット型研究開発事業／地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現／大気中からの高効率ＣＯ２分離回収・炭素循環技術の開発」委託事業（事業期間、２０２０年度から２０２２年度）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】591178012

【氏名又は名称】公益財団法人地球環境産業技術研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110002745

【氏名又は名称】弁理士法人河崎特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】余語 克則

(72)【発明者】

【氏名】瀬下 雅博

【テーマコード（参考）】

4D002

4D006

4D012

4D020

4G146

4H006

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC03

4D002AC07

4D002AC10

4D002BA01

4D002BA03

4D002BA04

4D002DA11

4D002DA21

4D002DA31

4D002DA41

4D002DA45

4D002DA46

4D002EA04

4D002EA07

4D002FA01

4D002HA02

4D006GA41

4D006HA21

4D006HA77

4D006MA02

4D006MA09

4D006MA31

4D006MC02

4D006MC03

4D006MC05

4D006PA01

4D006PB65

4D006PB66

4D006PC80

4D012BA01

4D012CA03

4D012CB16

4D012CD02

4D012CG01

4D012CG03

4D012CH08

4D020AA03

4D020BA16

4D020BB01

4D020BC01

4D020CA03

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC11

4G146JC22

4G146JC24

4G146JC25

4G146JC26

4G146JD02

4H006AA02

4H006AC29

4H006BD10

4H006BD70

4H006BE20

4H006BE41

(57)【要約】

【課題】エネルギー効率に優れた二酸化炭素の分離回収・利用システムおよび分離回収・利用方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料から、前記二酸化炭素を含むガスを生成させるとともに、前記固体材料を再生する再生部と、前記再生部で生成させた前記二酸化炭素を含むガスと、水素とが導入され、かつ、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも一種と、水蒸気と、を生成させる反応器と、前記反応器で生成させた前記水蒸気の少なくとも一部を、前記再生部に導入する水蒸気導入ラインと、を具備する、二酸化炭素分離回収・利用システム。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料から、前記二酸化炭素を含むガスを生成させるとともに、前記固体材料を再生する再生部と、
前記再生部で生成させた前記二酸化炭素を含むガスと、水素とが導入され、かつ、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも一種と、水蒸気と、を生成させる反応器と、
前記反応器で生成させた前記水蒸気の少なくとも一部を、前記再生部に導入する水蒸気導入ラインと、
を具備する、二酸化炭素分離回収・利用システム。

【請求項2】

前記反応器は、前記二酸化炭素を含むガスと前記水素とが導入される非透過側の第１空間と、水蒸気分離膜と、透過側の第２空間と、を具備し、
前記水蒸気分離膜を透過した前記水蒸気と前記水素とが、前記第２空間から前記水蒸気導入ラインに導入される、請求項１に記載の二酸化炭素分離回収・利用システム。

【請求項3】

前記水蒸気分離膜が、多孔質支持体と、前記多孔質支持体に支持された無機膜と、を具備する無機複合体である、請求項２に記載の二酸化炭素分離回収・利用システム。

【請求項4】

更に、前記反応器に導入される前の前記二酸化炭素を含むガスから前記水蒸気を除去する脱水部を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収・利用システム。

【請求項5】

更に、二酸化炭素を含む処理対象ガスを前記固体材料と接触させて、前記固体材料に前記二酸化炭素を吸収または吸着させる二酸化炭素回収部を有し、
前記二酸化炭素回収部で前記二酸化炭素を吸収または吸着させた前記固体材料が、前記再生部に供給される、請求項１～４のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収・利用システム。

【請求項6】

二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料を準備する準備工程と、
前記二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料から、前記二酸化炭素を含むガスを生成させるとともに、前記固体材料を再生する再生工程と、
前記二酸化炭素を含むガスと、水素と、を反応させて、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも１種と、水蒸気と、を生成させる反応工程と、
を有し、
前記再生工程は、前記水蒸気の少なくとも一部を、前記二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料と接触させることを含む、二酸化炭素分離回収・利用方法。

【請求項7】

前記反応工程では、前記二酸化炭素を含むガスと前記水素とが、非透過側の第１空間と、水蒸気分離膜と、透過側の第２空間と、を具備する反応器の前記第１空間に供給されるとともに、前記水蒸気分離膜を透過した前記水蒸気と前記水素とが、前記第２空間から引き抜かれ、
前記再生工程では、前記第２空間から引き抜かれた前記水蒸気と前記水素とが、前記二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料と接触する、請求項６に記載の二酸化炭素分離回収・利用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素の分離回収・利用システムおよび分離回収・利用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、温室効果ガスの削減の必要性が高まっており、発電所、製鉄所、セメントプラントなどで生成される排ガス中の二酸化炭素の分離回収技術の開発が急務とされている。

【0003】

例えば、特許文献１は、粒子状の二酸化炭素吸着材と二酸化炭素を含む処理対象ガスとを接触させて、前記処理対象ガスに含まれる二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させるステップと、二酸化炭素を吸着した前記二酸化炭素吸着材と過熱蒸気とを接触させて、前記二酸化炭素吸着材から二酸化炭素を離脱させることにより前記二酸化炭素吸着材を再生するとともに、離脱した二酸化炭素を回収するステップとを含み、前記二酸化炭素吸着材と接触させる前記過熱蒸気の飽和温度が、当該過熱蒸気と接触する前記二酸化炭素吸着材の温度以下であり、再生した前記二酸化炭素吸着材を、乾燥工程を経ることなく再び二酸化炭素の吸着に利用する、二酸化炭素分離回収方法を教示している。

【0004】

一方、特許文献２は、二酸化炭素と水素とを含む原料ガスを、非透過側の第１空間と、水蒸気分離膜と、透過側の第２空間と、前記第１空間に配置された触媒と、を具備する分離膜反応器の前記第１空間に供給し、前記触媒の作用により前記原料ガスのメタノールへの転化反応を進行させる工程と、前記第２空間に掃引ガスを流通させることにより、前記転化反応に伴って発生する反応熱を除去するとともに、前記水蒸気分離膜を透過させた前記転化反応の副生成物である水蒸気を前記第２空間から流出させる工程と、前記転化反応により生成したメタノールと未反応ガスとを含む非透過流体を冷却し、メタノールを凝縮させて、メタノールと前記未反応ガスとを分離する工程と、前記未反応ガスを前記第１空間に循環させる工程と、を具備する、メタノール製造方法を教示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０２０－９０８０６号パンフレット

【特許文献2】特開２０１８－８９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

エネルギー効率に優れた二酸化炭素の分離回収・利用システムおよび分離回収・利用方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面は、二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料から前記二酸化炭素を含むガスを生成させるとともに前記固体材料を再生する再生部と、前記再生部で生成させた前記二酸化炭素を含むガスと水素とが導入され、かつ、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも１種と水蒸気とを生成させる反応器と、前記反応器で生成させた前記水蒸気の少なくとも一部を前記再生部に導入する水蒸気導入ラインと、を具備する、二酸化炭素分離回収・利用システムに関する。

【0008】

本発明の別の側面は、二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料を準備する準備工程と、前記二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料から前記二酸化炭素を含むガスを生成させるとともに前記固体材料を再生する再生工程と、前記二酸化炭素を含むガスと水素とを反応させて、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも１種と水蒸気とを生成させる反応工程と、を有し、前記再生工程は、前記水蒸気の少なくとも一部を、前記二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料と接触させることを含む、二酸化炭素分離回収・利用方法に関する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、発熱反応である二酸化炭素の水素化反応で生成する水蒸気が固体材料の再生に利用されるため、エネルギー効率に優れた二酸化炭素の分離回収・利用システムおよび分離回収・利用方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムの一例の構成を示すブロック図である。

【図2】図１のシステムが具備する膜反応器が有する水蒸気分離膜の構成を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムの一例は、二酸化炭素の分離回収システムと分離回収された二酸化炭素の水素化反応とを組み合わせたエネルギー利用効率に優れたシステムである。二酸化炭素の分離回収システムは、火力発電所、セメント工場、製鉄所、化学工場などで構築が検討されている。また、回収された二酸化炭素を還元して合成燃料を合成するＦＴ（フィッシャー・トロプシュ）合成や、二酸化炭素を水素化してメタン、メタノールなどを合成する技術の開発が進められている。大気中の二酸化炭素を回収してビジネスに利用するダイレクトエアーキャプチャー（ＤＡＣ）も注目されている。

【0012】

二酸化炭素の分離回収システムでは、二酸化炭素を固体材料に吸収または吸着させて分離する手法が有望である。固体材料は、繰り返し使用に適した耐久性を有している。二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料は、再生部で水蒸気と接触させることにより再生され、繰り返し利用される。再生部では、水蒸気により固体材料が加熱され、二酸化炭素を含むガスが取り出されるとともに固体材料が再生される。

【0013】

再生部に水蒸気を導入すると、二酸化炭素分圧（二酸化炭素濃度）は、固体材料の表面における二酸化炭素分圧（二酸化炭素濃度）と比較して著しく低くなる。このような二酸化炭素分圧の差が駆動力となって、固体材料に吸収または吸着されている二酸化炭素が水蒸気中に拡散する。これにより、固体材料から二酸化炭素が離脱し、固体材料が再生される。

【0014】

水蒸気は、過熱水蒸気であってもよい。過熱水蒸気は、飽和水蒸気と比較して相対湿度が低いため、固体材料の表面に凝縮水が付着しにくくなる。再生部の内部を減圧雰囲気にしてもよい。減圧雰囲気では、過熱水蒸気の温度は１００℃未満（例えば６０～８０℃）になる。過熱水蒸気の温度は、固体材料の温度以下に制御してもよいが、固体材料の温度よりも高くてもよい。過熱水蒸気の温度は、例えば、固体材料の温度よりも２０～３０℃高くてもよい。

【0015】

過熱水蒸気の飽和温度は、固体材料の温度以下であってもよい。この場合、固体材料の表面で水蒸気の凝縮が生じないか凝縮量が僅かに抑制されるため、再生後の固体材料を乾燥させる必要がなくなる。固体材料の乾燥が不要になることで、二酸化炭素分離回収・利用システムの小型化や設備費用の削減も容易となる。

【0016】

固体材料には、例えば、アミン化合物を担持した多孔質材料やハニカム等を用い得るが、特に限定されない。多孔質材料としては、活性炭、活性アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、コージェライトなどを用い得る。

【0017】

再生部で生成させた二酸化炭素を含むガスは、水素とともに反応器へ送られ、反応器内で水素と反応して目的生成物と水蒸気とを生成する。この反応は、発熱反応であり、水蒸気は熱源として利用できる。二酸化炭素と水素との反応では、合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも１種が目的生成物として生成する。合成燃料とは、炭素数５～１２のガソリン、炭素数１２～１８の軽油など、常温常圧で液体の燃料をいい、その中でも、炭素数５～１０の炭化水素を主成分とする液体炭化水素燃料が好ましい。

【0018】

本実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムでは、熱源として利用し得る水蒸気が反応器から引き抜かれ、水蒸気の少なくとも一部が再生部に導入される。すなわち、本実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムは、反応器で生成させた水蒸気の少なくとも一部を再生部に導入する水蒸気導入ラインを具備する。

【0019】

本実施形態の第１のメリットは、二酸化炭素の水素化反応で生成する蓄熱された水蒸気を固体材料の再生に利用できるためエネルギー効率に優れる点である。再生部では、二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料が水蒸気によって効率的に加熱され、二酸化炭素の固体材料からの離脱が促進される。これにより、二酸化炭素の分離回収に必要なエネルギーを削減することができる。

【0020】

ここで、反応器としては、二酸化炭素を含むガスと水素とが導入される非透過側の第１空間と、水蒸気分離膜と、透過側の第２空間とを具備する膜反応器が好適である。水蒸気分離膜は、第１空間と第２空間とを隔絶するように配置されている。水蒸気分離膜は、例えば、無機複合体であり、多孔質支持体と、これに支持された無機膜とを具備する。

【0021】

無機膜としては、ゼオライト膜、シリカ膜、カーボン膜などが挙げられる。無機膜の厚さは、例えば０．５μｍ～１０μｍである。多孔質支持体は、例えば、第１表面および第２表面を有し、第１表面と第２表面とが細孔により連通し、第１空間が第１表面で細孔と連通し、第２空間が第２表面で細孔と連通する筒状体である。多孔質支持体の材質としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などが挙げられる。

【0022】

第１空間には、二酸化炭素の水素化反応を促進させる触媒を配置してもよい。触媒は、例えば、第１空間内に充填されてもよいし、水蒸気分離膜の第１空間側に触媒を担持させてもよい。二酸化炭素の水素化反応を促進させる触媒としては、鉄、銅、パラジウム、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化ガリウム、あるいはそれらの複合体などが挙げられる。

【0023】

膜反応器の非透過側の第１空間では、二酸化炭素の水素化反応が進行し、目的生成物と水蒸気が生成する。例えば、ＦＴ合成の反応式は、以下の通りである。目的生成物（例えば液体炭化水素）は、第１空間から回収される。
ＣＯ₂＋Ｈ₂⇔ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ
（２ｎ＋１）Ｈ_２＋ｎＣＯ⇒Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＨ_２Ｏ

【0024】

一方、生成した水蒸気は、水蒸気分離膜を透過して透過側の第２空間に移動する。本実施形態の第２のメリットは、副生成物である水蒸気が第２空間に移動し、第１空間から除去されることで、平衡移動によって二酸化炭素と水素との反応が促進され、二酸化炭素の転化率が向上する点である。

【0025】

ただし、水と水素は分子サイズが近いため、第１空間に原料として導入された水素の一部も水蒸気分離膜を透過し、第２空間に移動する。すなわち、第２空間から引き抜かれる水蒸気には水素が含まれている。水素は、二酸化炭素利用システムを効率的に運用する上で貴重な資源であり、再利用することが望まれる。

【0026】

本実施形態の第３のメリットは、不可避的に第２空間に移動した水素が、蓄熱された水蒸気とともに水蒸気導入ラインに導入され、再生部に導入される点である。この場合、再生部で生成する二酸化炭素を含むガスには、第２空間から導入された水素が混入する。二酸化炭素を含むガスに混入した水素は、二酸化炭素とともに反応器に送られ、原料として再利用される。よって、水素の有効利用率が極めて高くなる。

【0027】

水蒸気分離膜の水蒸気透過速度は、大きいほど望ましいが、不可避的に第２空間に移動する水素量も多くなる。ただし、第２空間に移動した水素は、水蒸気導入ラインを介して再生部に導入され、最終的に反応器に戻されるので水素のロスは限定される。水蒸気分離膜の水蒸気透過速度は、例えば、１×１０^－７ｍｏｌ／（ｓ・Ｐａ・ｍ^２）以上でもよく、１×１０^－６ｍｏｌ／（ｓ・Ｐａ・ｍ^２）を超えてもよい。

【0028】

本実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムは、更に、反応器に導入される前の二酸化炭素を含むガスから水蒸気を除去する脱水部を有してもよい。脱水部は、例えば、二酸化炭素を含むガスを冷却する機能を有してもよい。冷却により、水蒸気が液化し、ガス状の二酸化炭素と水素とが分離回収される。分離回収された二酸化炭素と水素との混合ガスが反応器に導入される。なお、脱水部の構成は特に限定されない。

【0029】

本実施形態に係る二酸化炭素分離回収・利用システムは、更に、二酸化炭素を含む処理対象ガスを固体材料と接触させて、固体材料に二酸化炭素を吸収または吸着させる二酸化炭素回収部を有してもよい。二酸化炭素回収部で二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料は再生部に供給される。これにより、二酸化炭素の分離回収システムと、分離回収された二酸化炭素を原料とする目的生成物の製造とを組み合わせたエネルギー利用効率に優れた二酸化炭素分離回収・利用システムを構築できる。

【0030】

二酸化炭素回収部は、再生部と兼用でもよい。すなわち、再生部が二酸化炭素回収部の機能を有してもよく、二酸化炭素回収部が再生部の機能を有してもよい。例えば、二酸化炭素回収部に充填された固体材料に二酸化炭素を吸着させた後、水蒸気を二酸化炭素回収部に導入して、二酸化炭素回収部を再生部として利用してもよい。

【0031】

処理対象ガスは、例えば、火力発電所、セメント工場、製鉄所、化学工場などで二酸化炭素を含むガスとして大量に生成する。例えば製鉄所では、高炉ガスまたは転炉ガスとして高濃度の二酸化炭素を含むガスは生成される。処理対象ガスは、バイオマスの燃焼ガスでもよいし、大気や閉鎖空間、室内空間の空気でもよい。

【0032】

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る二酸化炭素の分離回収・利用システムおよび分離回収・利用方法の一例について具体的に説明する。図１は、二酸化炭素分離回収・利用システムの一例の構成を示すブロック図である。図２は、水蒸気分離膜の構成を示す概念図である。

【0033】

二酸化炭素分離回収・利用システム１００は、膜反応器１０と、再生部２０とを具備する。再生部２０には、二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料が充填されている。再生部２０に熱源となる水蒸気を導入し、固体材料を水蒸気で加熱すると、固体材料から二酸化炭素が離脱する。その結果、再生部では、二酸化炭素と水蒸気を含むガスが生成される。同時に、二酸化炭素が取り出されたことで固体材料が再生される。

【0034】

再生部２０で生成させた二酸化炭素を含むガスは、生成ガス導入ラインＬ２１、Ｌ２２を介して、膜反応器１０の導入部１２から膜反応器１０に導入される。生成ガス導入ラインＬ２１、Ｌ２２の下流には、脱水部５０が設けられている。脱水部５０では、固体材料を加熱するために利用された水蒸気が、膜反応器１０に導入される前に、二酸化炭素を含むガスから除去される。また、膜反応器１０には、水素導入ラインＬ５を介して導入部１２から水素が導入される。

【0035】

膜反応器１０は、非透過側の第１空間Ｓ１と、水蒸気分離膜１１と、透過側の第２空間Ｓ２とを具備する。第１空間Ｓ１には、導入部１２から、再生部２０で生成させた二酸化炭素を含むガスと水素とが導入される。水蒸気分離膜１１は、多孔質支持体１１２と、多孔質支持体１１２に支持された無機膜１１１とを具備する無機複合体である。多孔質支持体１１２は、外周面（第１表面）および内周面（第２表面）を有する多孔質な筒状体であり、第１表面と第２表面とが細孔により連通している。第１空間Ｓ１は第１表面で細孔と連通する。第２空間Ｓ２は第２表面で細孔と連通する。第１空間Ｓ１には、二酸化炭素の水素化反応を促進する触媒を担持させた担体粒子Ｐが充填されている。

【0036】

第１空間Ｓ１での反応により生成した目的生成物（合成燃料、メタンおよびメタノールからなる群より選択される少なくとも１種）は、未反応ガスとともに、排出部１３から分離部４０に送られる。分離部４０では、目的生成物（例えばメタノール）と未反応ガスが分離される。分離された未反応ガスは、未反応ガス回収ラインＬ４を介して、膜反応器１０の導入部１２に送られ、再利用される。

【0037】

一方、第１空間Ｓ１で生成した水蒸気の少なくとも一部および第１空間Ｓ１に導入された水素の一部は、水蒸気分離膜１１を透過し、第２空間Ｓ２に移動する。その後、第２空間Ｓ２の水蒸気と水素は、水蒸気導入ラインＬ１を介して、再生部２０へ送られる。その後、水蒸気と水素の熱は、再生部２０で、二酸化炭素を吸収または吸着させた固体材料の再生に必要なエネルギーの少なくとも一部として利用される。再生部２０で生成する二酸化炭素を含むガスのうち、水蒸気は脱水部５０で除去され、二酸化炭素と水素は膜反応器１０の第１空間Ｓ１に送られる。

【0038】

再生部２０は、二酸化炭素回収部３０（以下、「回収部３０」という。）としても利用可能である。再生部２０もしくは回収部３０の内部には、二酸化炭素を可逆的に吸収もしくは吸着する固体材料が充填されている。所定の期間においては、再生部２０（回収部３０）に膜反応器１０で生成する水蒸気が水蒸気導入ラインＬ１を介して導入される。別の期間においては、回収部３０（再生部２０）に処理対象ガス導入ラインＬ３を介して二酸化炭素を含む処理対象ガスが導入され、二酸化炭素が分離回収される。二酸化炭素以外の成分を含むガスは、排出ラインＬｏｕｔを介して系外に放出もしくは移送される。

【0039】

図１のシステムでは、第１分岐部Ｂ１の操作により、水蒸気と水素が導入される再生部２０が切り替えられる。また、第２分岐部Ｂ２の操作により、処理対象ガスが導入される回収部３０が切り替られる。再生部２０および回収部３０を兼ね、固体材料を収容する構造体を複数設置することで、１つのシステム内に再生部２０と回収部３０とを常時確保することができる。

【0040】

水蒸気として過熱水蒸気を用いる場合、飽和水蒸気と比較して相対湿度が低いため、固体材料の表面に付着する凝縮水が低減される。再生部２０の内部の過熱水蒸気の圧力は、過熱水蒸気と接触させる固体材料の温度における飽和水蒸気圧以下としてもよい。過熱水蒸気の飽和温度は、過熱水蒸気と接触させる固体材料の温度よりも１０～１５℃ほど低い温度に設定されてもよい。例えば、固体材料の温度が約６０℃である場合、飽和温度が約５０℃である約７０℃の過熱水蒸気を用い得る。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明に係る二酸化炭素分離回収・利用システムおよび二酸化炭素分離回収・利用方法は、例えば、火力発電所、セメント工場、製鉄所、化学工場などにおいて、二酸化炭素の分離回収システムと二酸化炭素の水素化反応とを組み合わせて稼働させる場合に好適である。また、本発明に係る二酸化炭素分離回収・利用システムおよび二酸化炭素分離回収・利用方法は、エネルギー効率が高いため、ＤＡＣや閉鎖空間、室内空間等で回収された二酸化炭素を有効利用する場合にも適している。

【符号の説明】

【0042】

１００：二酸化炭素分離回収・利用システム
１０：膜反応器
１１：水蒸気分離膜
１１１：無機膜
１１２：多孔質支持体
１２：導入部
１３：排出部
２０：再生部
３０：二酸化炭素回収部
４０：分離部
５０：脱水部
Ｌ１：水蒸気導入ライン
Ｌ２１、Ｌ２２：生成ガス導入ライン
Ｌ３：処理対象ガス導入ライン
Ｌ４：未反応ガス回収ライン
Ｌ５：水素導入ライン
Ｌｏｕｔ：排出ライン
Ｓ１：第１空間
Ｓ２：第２空間
Ｐ：触媒粒子
Ｂ１：第１分岐部
Ｂ２：第２分岐部

【図1】

【図2】