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(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】P2024143841
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システム
(51)【国際特許分類】
B01D 53/62 20060101AFI20241003BHJP
B01D 53/82 20060101ALI20241003BHJP
B01D 53/96 20060101ALI20241003BHJP
B01J 20/22 20060101ALI20241003BHJP
B01J 20/26 20060101ALI20241003BHJP
B01J 20/34 20060101ALI20241003BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B01D53/62 ZAB
B01D53/82
B01D53/96
B01J20/22 A
B01J20/26 A
B01J20/34 H
C01B32/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023056749
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】服部 沙織
(72)【発明者】
【氏名】瀧岡 稜介
(72)【発明者】
【氏名】若林 努
【テーマコード（参考）】
4D002
4G066
4G146
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002BA04
4D002CA07
4D002DA31
4D002DA32
4D002DA70
4D002EA03
4D002EA08
4D002GA01
4D002GB11
4G066AB13B
4G066AB24B
4G066AC11B
4G066AC27B
4G066AC33B
4G066BA26
4G066BA36
4G066CA35
4G066DA03
4G066GA01
4G146JA02
4G146JC08
4G146JC18
4G146JC28
(57)【要約】
【課題】消費エネルギーの増大を抑制しつつ、二酸化炭素を効率的に吸着及び脱離できる二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システムを提供すること。
【解決手段】大気を通流する通流部１１に、気体中の二酸化炭素を吸着するとともに加熱されることで二酸化炭素を脱離可能である吸着剤１を備える回収部１０と、吸着剤１を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置３とを備え、通流部１１は、吸着剤１が塗布又は接着された平板状の基材１３が、気体が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体１３ａを備えており、加熱装置は、基材１３を直接加熱することで吸着剤１を加熱可能に構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】大気を通流する通流部１１に、気体中の二酸化炭素を吸着するとともに加熱されることで二酸化炭素を脱離可能である吸着剤１を備える回収部１０と、吸着剤１を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置３とを備え、通流部１１は、吸着剤１が塗布又は接着された平板状の基材１３が、気体が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体１３ａを備えており、加熱装置は、基材１３を直接加熱することで吸着剤１を加熱可能に構成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
大気を通流する通流部に、前記大気中の二酸化炭素を吸着するとともに加熱されることで前記二酸化炭素を脱離可能である吸着剤を備える回収部と、
前記吸着剤を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置とを備え、
前記通流部は、前記吸着剤が塗布又は接着された平板状の基材が、前記大気が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体を備えており、
前記加熱装置は、前記基材を直接加熱することで前記吸着剤を加熱可能に構成されている、二酸化炭素回収装置。
前記吸着剤を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置とを備え、
前記通流部は、前記吸着剤が塗布又は接着された平板状の基材が、前記大気が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体を備えており、
前記加熱装置は、前記基材を直接加熱することで前記吸着剤を加熱可能に構成されている、二酸化炭素回収装置。
【請求項2】
前記通流部は、前記基材積層体が鉛直方向に複数積層されてなる、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項3】
前記基材は金属製であり、
前記加熱装置は、前記基材に電源からの電流を通電させることにより、前記基材を直接加熱可能に構成されている、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
前記加熱装置は、前記基材に電源からの電流を通電させることにより、前記基材を直接加熱可能に構成されている、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項4】
前記吸着剤は、金属有機構造体とアミン化合物である、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項5】
前記基材は、前記大気の通流方向又は当該通流方向に交差する方向に延びる複数の切欠き部を有する、請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項6】
前記基材積層体において、前記基材の前記切欠き部は、隣接する他の前記基材の前記切欠き部と鉛直方向において対応する位置に配置されている、請求項５に記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項7】
請求項１～６の何れか一項に記載の二酸化炭素回収装置と、前記通流部に前記大気を送風する送風装置と、前記加熱装置により加熱されて前記通流部から脱離された前記二酸化炭素を回収する回収容器と、運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記通流部に前記大気を通流し、前記吸着剤に前記二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
前記加熱装置により前記吸着剤を前記脱離温度として、前記吸着剤から前記二酸化炭素を脱離させる脱離工程とを実行する、二酸化炭素回収システム。
前記制御部は、前記通流部に前記大気を通流し、前記吸着剤に前記二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
前記加熱装置により前記吸着剤を前記脱離温度として、前記吸着剤から前記二酸化炭素を脱離させる脱離工程とを実行する、二酸化炭素回収システム。
【請求項8】
前記制御部は、脱離した前記二酸化炭素を圧縮装置により圧縮し、前記回収容器へと回収する回収工程をさらに含む、請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項9】
前記吸着工程における前記吸着剤の温度と前記脱離工程における前記吸着剤の前記脱離温度との差の絶対値は、２５℃以上２００℃以下である、請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項10】
前記吸着工程において、前記通流部内の雰囲気を相対湿度１００％以下として前記大気を通流する、請求項７に記載の二酸化炭素回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システムに関する。
【背景技術】
【0002】
二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスは、地表から放射された赤外線の一部を吸収するため、地球温暖化に寄与すると考えられている。二酸化炭素の総排出量は、２０２０年度において１１億５０００万トン（環境省調べ）であったことが発表されており、その約４割が火力発電のために燃焼された化石燃料に起因するものであった。我が国は、エネルギーの供給の約７割を火力発電に依存しているため、火力発電依存からの脱却が試みられているものの、それが難しいのが現状である。
【0003】
特許文献１には、気体中の二酸化炭素を除去するためのハニカム形状吸着剤構造体を用いた二酸化炭素除去装置が開示されている。ハニカム形状吸着剤構造体は導電性材料で構成されており、二酸化炭素の吸着性を向上させるために、アミン化合物等の添加物がコーティングされている。このハニカム形状吸着剤構造体に二酸化炭素を含む気体を通流することで二酸化炭素の吸着が促進されるとともに、導電性材料である構造体に外部電源を用いて通電して構造体を均一に加熱することで、吸着された二酸化炭素を脱離可能とされている。このような二酸化炭素除去装置を用いた二酸化炭素回収システムを火力発電所のボイラー等に用いることで、既存の施設の構造を変えることなく、火力発電所からの二酸化炭素の排出量を低減させられることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－１２８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、引用文献１に記載のハニカム形状吸着剤構造体は、当該吸着剤構造体全体が通電加熱されるため消費エネルギーの増大が懸念される。また、引用文献１に記載の吸着剤構造体は、ハニカム形状を有するため圧力損失が高い構造をしている。そのため、消費エネルギーが増大する虞があるとともに、二酸化炭素を吸着可能な部位を有効に利用できず、二酸化炭素の吸着及び脱離を効率的に行えない虞があった。
【0006】
本発明では、消費エネルギーの増大を抑制しつつ、二酸化炭素を効率的に吸着及び脱離できる二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システム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】
【0007】
上記目的を達成するための本発明に係る二酸化炭素回収装置の特徴構成は、
大気を通流する通流部に、大気中の二酸化炭素を吸着するとともに加熱されることで二酸化炭素を脱離可能である吸着剤を備える回収部と、
吸着剤を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置とを備え、
通流部は、吸着剤が塗布又は接着された平板状の基材が、大気が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体を備えており、
加熱装置は、基材を直接加熱することで吸着剤を加熱可能に構成されている点にある。
大気を通流する通流部に、大気中の二酸化炭素を吸着するとともに加熱されることで二酸化炭素を脱離可能である吸着剤を備える回収部と、
吸着剤を少なくとも脱離温度に加熱可能である加熱装置とを備え、
通流部は、吸着剤が塗布又は接着された平板状の基材が、大気が通流可能となるように鉛直方向に所定間隔を空けて複数積層された基材積層体を備えており、
加熱装置は、基材を直接加熱することで吸着剤を加熱可能に構成されている点にある。
【0008】
上記特徴構成によれば、通流部は、基材が所定間隔を空けて鉛直方向に積層されて大気が通流可能とされている基材積層体を有するため、大気は、隣接する基材間に形成された空間内を圧力損失の低い状態で通流することができる。また、基材には吸着剤が塗布又は接着されているので、気体が隣接する基材間に形成された空間内を通流する際に、吸着剤に接触する面積が多くなる。このため、大気に含まれる二酸化炭素を効率的に吸着することができる。
また、基材を直接加熱することにより、吸着剤を脱離温度に加熱可能である加熱装置を備えるため、無駄になる熱をできるだけ低減しながら効率よく吸着剤を脱離温度に加熱することができ、二酸化炭素の脱離のための消費エネルギーを低減することができる。
また、基材を直接加熱することにより、吸着剤を脱離温度に加熱可能である加熱装置を備えるため、無駄になる熱をできるだけ低減しながら効率よく吸着剤を脱離温度に加熱することができ、二酸化炭素の脱離のための消費エネルギーを低減することができる。
【0009】
本発明に係る二酸化炭素回収装置の更なる特徴構成は、
通流部は、基材積層体が鉛直方向に複数積層されてなる点にある。
通流部は、基材積層体が鉛直方向に複数積層されてなる点にある。
【0010】
上記特徴構成によれば、通流部が基材積層体を複数備えるため、気体と基材積層体との接触面積を増やして二酸化炭素の吸着量を増加させ、二酸化炭素の回収効率を上昇させることができる。
【0011】
本発明に係る二酸化炭素回収装置の更なる特徴構成は、
基材は金属製であり、
加熱装置は、基材に電源からの電流を通電させることにより、基材を直接加熱可能に構成されている点にある。
基材は金属製であり、
加熱装置は、基材に電源からの電流を通電させることにより、基材を直接加熱可能に構成されている点にある。
【0012】
上記特徴構成によれば、加熱装置が、電源から流れる電流を基材に直接流すことができ、伝熱形式の加熱装置と比べて基材が早く加熱される。そのため、吸着剤に吸着された二酸化炭素を脱離させるまでの時間を短縮して、二酸化炭素の回収効率を増加させることができる。さらに、上記特徴構成によれば、二酸化炭素の吸着及び脱離に伴うエネルギーの消費量を抑えることができる。
【0013】
本発明に係る二酸化炭素回収装置の更なる特徴構成は、
吸着剤は、金属有機構造体とアミン化合物を含む吸着剤である点にある。
吸着剤は、金属有機構造体とアミン化合物を含む吸着剤である点にある。
【0014】
上記特徴構成によれば、金属有機構造体とアミン化合物とを含むため、高い二酸化炭素吸着性能を有する。
【0015】
本発明に係る二酸化炭素回収装置の更なる特徴構成は、
基材は、大気の通流方向又は当該通流方向に交差する方向に延びる複数の切欠き部を有する点にある。
基材は、大気の通流方向又は当該通流方向に交差する方向に延びる複数の切欠き部を有する点にある。
【0016】
上記特徴構成によれば、基材が気体の通流方向又は通流方向に交差する方向に延びる複数の切欠き部を有するため、大気が通過しやすく大気通流時の圧力損失を低減することができる。そのため、二酸化炭素の吸着量を増加させるために基材の数を増やした場合であっても、それに伴う圧力損失の増加を抑えて二酸化炭素の吸着量を増加させることができる。また、切欠き部を有することで、限られた面積内でも基材長さを伸ばすことができる、つまり基材の抵抗値を大きくできるため、より少ない投入電力量で所定温度まで基材を加熱できる。
【0017】
本発明に係る二酸化炭素回収装置の更なる特徴構成は、
基材積層体において、基材の切欠き部は、隣接する他の基材の切欠き部と鉛直方向において対応する位置に配置されている点にある。
基材積層体において、基材の切欠き部は、隣接する他の基材の切欠き部と鉛直方向において対応する位置に配置されている点にある。
【0018】
上記特徴構成によれば、基材積層体において、隣接する基材の切欠き部同士が、鉛直方向（積層方向）で対応する位置に配置されているため、大気の通過が容易とされている。その結果、基材を積層させたことによる圧力損失の増加を抑制できる。
【0019】
上記目的を達成するための本発明に係る二酸化炭素回収システムの特徴構成は、
上記二酸化炭素回収装置と、通流部に大気を送風する送風装置と、加熱装置により加熱されて通流部から脱離された二酸化炭素を回収する回収容器と、運転を制御する制御部とを備え、
制御部は、通流部に大気を通流し、吸着剤に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
加熱装置により吸着剤を脱離温度として、吸着剤から二酸化炭素を脱離させる脱離工程とを実行する点にある。
上記二酸化炭素回収装置と、通流部に大気を送風する送風装置と、加熱装置により加熱されて通流部から脱離された二酸化炭素を回収する回収容器と、運転を制御する制御部とを備え、
制御部は、通流部に大気を通流し、吸着剤に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、
加熱装置により吸着剤を脱離温度として、吸着剤から二酸化炭素を脱離させる脱離工程とを実行する点にある。
【0020】
上記特徴構成によれば、通流部は、基材が所定間隔を空けて鉛直方向に積層されて大気が通流可能とされている基材積層体を有するため、吸着工程において、大気は、隣接する基材間に形成された空間内を圧力損失の低い状態で通流することができる。また、基材には吸着剤が塗布又は接着されているので、大気が隣接する基材間に形成された空間内を通流する際に、吸着剤に接触する面積が多くなる。このため、気体に含まれる二酸化炭素を効率的に吸着することができる。
また、脱離工程において、基材を直接加熱することにより、吸着剤を脱離温度に加熱可能であるため、無駄になる熱をできるだけ低減しながら効率よく吸着剤を脱離温度に加熱することができ、二酸化炭素の脱離のための消費エネルギーを低減することができる。
また、脱離工程において、基材を直接加熱することにより、吸着剤を脱離温度に加熱可能であるため、無駄になる熱をできるだけ低減しながら効率よく吸着剤を脱離温度に加熱することができ、二酸化炭素の脱離のための消費エネルギーを低減することができる。
【0021】
本発明に係る二酸化炭素回収システムの更なる特徴構成は、
制御部は、脱離した二酸化炭素を圧縮装置により圧縮し、回収容器へと回収する回収工程をさらに含む点にある。
制御部は、脱離した二酸化炭素を圧縮装置により圧縮し、回収容器へと回収する回収工程をさらに含む点にある。
【0022】
上記特徴構成によれば、回収容器に二酸化炭素を圧縮した状態で貯留できるため、回収容器を必要以上に大きくする必要がない。そのため、回収容器を保存するスペースを大きく取る必要もないため、二酸化炭素の長期保管に適した二酸化炭素回収システムを実現できる。
【0023】
本発明に係る二酸化炭素回収システムの更なる特徴構成は、
吸着工程における吸着剤の温度と脱離工程における吸着剤の脱離温度との差の絶対値は、２５℃以上２００℃以下である点にある。
吸着工程における吸着剤の温度と脱離工程における吸着剤の脱離温度との差の絶対値は、２５℃以上２００℃以下である点にある。
【0024】
上記特徴構成によれば、脱離により消費される消費エネルギーを低減することができる二酸化炭素回収システムを実現できる。
【0025】
本発明に係る二酸化炭素回収システムの更なる特徴構成は、
吸着工程において、通流部内の雰囲気を相対湿度１００％以下として大気を通流する点にある。
吸着工程において、通流部内の雰囲気を相対湿度１００％以下として大気を通流する点にある。
【0026】
上記特徴構成によれば、上記の相対湿度を有する水分を含む大気を通流した場合であっても、通流部の前段に大気中の湿気を除去する除湿部を設けることなく、十分に二酸化炭素の吸着量を有する二酸化炭素回収システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の回収部を示す概略図である。
【図2】本発明の実施形態に係る基材を示す図である。
【図4】二酸化炭素回収システムを示す図である。
【図5】本発明に係る二酸化炭素回収システムの吸着工程を示す図である。
【図6】本発明に係る二酸化炭素回収システムの脱離工程及び回収工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
〔二酸化炭素回収装置〕
二酸化炭素回収装置１は、二酸化炭素を回収する回収部１０を備える。回収部１０は大気含む等の二酸化炭素を含む気体が通流する通流部１１を有する。
本実施形態に係る回収部１０の概略図を図１に示す。本実施形態では、通流部１１は、吸着剤１２を備える基材１３を有する。吸着剤１２は粘性や接着性が高いため、基材１３に強く接着されている。通流部１１は、吸着剤１２が塗布された基材１３が所定間隔を空けて複数積層された基材積層体１３ａを備えるため（図１，図３参照）、基材１３の隣接間の隙間を気体が通流し得る。当該隙間の間隔の大きさは気体が通流可能であれば限定されたものではない。また、基材積層体１３ａも所定間隔を空けて複数積層されているため、基材積層体１３ａの隣接間の隙間を気体が通流し得る。
そして、所定間隔を空けて配置された基材積層体１３ａは、気体が通流する方向の上流側を入口側開口部１１ａとされ、気体が通流する方向の下流側を出口側開口部１１ｂとされている。そのため、通流部１１を通過する気体は、入口側開口部１１ａから通流部１１に入り、基材１３が備える吸着剤１２に二酸化炭素が吸着される（このときの基材１３の温度を吸着温度とする）。そして、二酸化炭素濃度が低減された気体が出口側開口部１１ｂから排出される。
大気含む等の二酸化炭素を含む気体の相対湿度は特に限定されたものではないが、二酸化炭素の吸着量を多くする観点から、１００％以下であることが好ましく、８０％以下であることがより好ましく、７５％以下であることがさらに好ましい。また、相対湿度の下限は特に限定されたものではないが、０．０１０％以上であることが好ましく、０．１０％以上であることがより好ましく、０．５０％以上であることがさらに好ましい。このように構成することで、通流部１１の前段に気体中の湿気を除去する除湿部を設けることなく、十分に二酸化炭素の吸着量を有する二酸化炭素回収システムを実現できる。
二酸化炭素回収装置１は、二酸化炭素を回収する回収部１０を備える。回収部１０は大気含む等の二酸化炭素を含む気体が通流する通流部１１を有する。
本実施形態に係る回収部１０の概略図を図１に示す。本実施形態では、通流部１１は、吸着剤１２を備える基材１３を有する。吸着剤１２は粘性や接着性が高いため、基材１３に強く接着されている。通流部１１は、吸着剤１２が塗布された基材１３が所定間隔を空けて複数積層された基材積層体１３ａを備えるため（図１，図３参照）、基材１３の隣接間の隙間を気体が通流し得る。当該隙間の間隔の大きさは気体が通流可能であれば限定されたものではない。また、基材積層体１３ａも所定間隔を空けて複数積層されているため、基材積層体１３ａの隣接間の隙間を気体が通流し得る。
そして、所定間隔を空けて配置された基材積層体１３ａは、気体が通流する方向の上流側を入口側開口部１１ａとされ、気体が通流する方向の下流側を出口側開口部１１ｂとされている。そのため、通流部１１を通過する気体は、入口側開口部１１ａから通流部１１に入り、基材１３が備える吸着剤１２に二酸化炭素が吸着される（このときの基材１３の温度を吸着温度とする）。そして、二酸化炭素濃度が低減された気体が出口側開口部１１ｂから排出される。
大気含む等の二酸化炭素を含む気体の相対湿度は特に限定されたものではないが、二酸化炭素の吸着量を多くする観点から、１００％以下であることが好ましく、８０％以下であることがより好ましく、７５％以下であることがさらに好ましい。また、相対湿度の下限は特に限定されたものではないが、０．０１０％以上であることが好ましく、０．１０％以上であることがより好ましく、０．５０％以上であることがさらに好ましい。このように構成することで、通流部１１の前段に気体中の湿気を除去する除湿部を設けることなく、十分に二酸化炭素の吸着量を有する二酸化炭素回収システムを実現できる。
【0029】
〔基材〕
本実施形態に係る基材１３を図２に示す。図２は、基材を示す平面図であり、図３は、基材１３の一部を切断した際の通流方向に見た断面図である。なお、図２では、基材１３の一部を切断し、切断面から見た方向の一方側の表面を拡大した図も示している。
基材１３は、略矩形の平板状に形成され、所定の幅Ｗ、全長Ｌ及び厚みＴを有する。基材１３は全長Ｌの方向を気体の通流方向とし、幅Ｗと全長Ｌで囲まれる表面を、気体の通流方向に対して平行となるように通流部１１内に備えられる。すなわち、基材１３は、略矩形で所定の厚さを有する平板状に形成され、入口側開口部１１ａから供給され出口側開口部１１ｂから排出される気体の通流方向に対して平行になるように配置されている。このように構成することで、気体と吸着剤１２との接触面積を大きくすることができる。その結果、二酸化炭素の吸着効率を高めることができる。
本実施形態では、基材１３には、通流方向に沿う（通流方向に延びる）切欠き部１３ｂが、当該通流方向と直交する方向に複数列形成されている。なお、当該複数列の切欠き部１３ｂはそれぞれ、基材１３を貫通する状態で形成されている。複数列の切欠き部１３ｂは、基材１３において、平面視で、通流方向の上流側が開放され下流側が閉鎖された第１構成と、通流方向の上流側が閉鎖され下流側が開放された第２構成とを、通流方向と直交する方向において交互に配置されている。したがって、基材１３は、切欠き部１３ｂにより区画されることで、例えば、通流方向の上流側から下流側に延出する長手部位の複数が、隣接間に切欠き部１３ｂを配置した状態で、通流方向と直交する方向に複数並列することとなる。加えて、これら複数の長手部位は、隣接する長手部位の上流側箇所が短手部位により接続される箇所と、隣接する長手部位の下流側箇所が別の短手部位により接続される箇所とで、交互に接続されることになる。すなわち、基材１３は、平面視で、全体としては平板状であるが、所定幅を有する帯状の部材により一筆書きの状態でつながるように、一本の板状体で形成されている。すなわち、基材１３は、蛇行形状を有する形態に形成されている。
このように構成することで、通流部１１を通流する気体の圧力損失を防いで、通流部１１における気体の通過を容易とすることができる。また、後述する加熱装置３からの伝熱を阻害することもなくなる。
さらに、基材１３を蛇行形状を有する形態とすることで、限られた面積内でも基材長さを伸ばすことができる、つまり基材１３の抵抗値を大きくできるため、より少ない投入電力量で所定温度まで基材を加熱できる。
本実施形態に係る基材１３を図２に示す。図２は、基材を示す平面図であり、図３は、基材１３の一部を切断した際の通流方向に見た断面図である。なお、図２では、基材１３の一部を切断し、切断面から見た方向の一方側の表面を拡大した図も示している。
基材１３は、略矩形の平板状に形成され、所定の幅Ｗ、全長Ｌ及び厚みＴを有する。基材１３は全長Ｌの方向を気体の通流方向とし、幅Ｗと全長Ｌで囲まれる表面を、気体の通流方向に対して平行となるように通流部１１内に備えられる。すなわち、基材１３は、略矩形で所定の厚さを有する平板状に形成され、入口側開口部１１ａから供給され出口側開口部１１ｂから排出される気体の通流方向に対して平行になるように配置されている。このように構成することで、気体と吸着剤１２との接触面積を大きくすることができる。その結果、二酸化炭素の吸着効率を高めることができる。
本実施形態では、基材１３には、通流方向に沿う（通流方向に延びる）切欠き部１３ｂが、当該通流方向と直交する方向に複数列形成されている。なお、当該複数列の切欠き部１３ｂはそれぞれ、基材１３を貫通する状態で形成されている。複数列の切欠き部１３ｂは、基材１３において、平面視で、通流方向の上流側が開放され下流側が閉鎖された第１構成と、通流方向の上流側が閉鎖され下流側が開放された第２構成とを、通流方向と直交する方向において交互に配置されている。したがって、基材１３は、切欠き部１３ｂにより区画されることで、例えば、通流方向の上流側から下流側に延出する長手部位の複数が、隣接間に切欠き部１３ｂを配置した状態で、通流方向と直交する方向に複数並列することとなる。加えて、これら複数の長手部位は、隣接する長手部位の上流側箇所が短手部位により接続される箇所と、隣接する長手部位の下流側箇所が別の短手部位により接続される箇所とで、交互に接続されることになる。すなわち、基材１３は、平面視で、全体としては平板状であるが、所定幅を有する帯状の部材により一筆書きの状態でつながるように、一本の板状体で形成されている。すなわち、基材１３は、蛇行形状を有する形態に形成されている。
このように構成することで、通流部１１を通流する気体の圧力損失を防いで、通流部１１における気体の通過を容易とすることができる。また、後述する加熱装置３からの伝熱を阻害することもなくなる。
さらに、基材１３を蛇行形状を有する形態とすることで、限られた面積内でも基材長さを伸ばすことができる、つまり基材１３の抵抗値を大きくできるため、より少ない投入電力量で所定温度まで基材を加熱できる。
【0030】
基材１３の材質は、後述する加熱装置３により基材１３が直接加熱されて、基材１３上の吸着剤１２に熱を伝える金属等であれば限定されたものではないが、ステンレス鋼、銅、銅合金、チタン等の金属製であることが好ましい。このように構成することで、基材１３を直接加熱してその熱を吸着剤１２に伝えることができる。
例えば、ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４を使用する場合、基材１３の幅Ｗを１０ｍｍ、全長１０ｍ、厚みＴ０．３０ｍｍとすると、基材１３の抵抗値は２．４（Ω）となる。そのため、この基材１３を加熱装置３にて加熱する場合、昇温時間３００秒で吸着温度から２５℃昇温するには１０Ｗの電力が消費され、昇温時間３００秒で吸着温度から２００度昇温するには８０Ｗの電力が消費される。よって、加熱装置３は比較的少ない電力で基材１３を二酸化炭素が脱離する脱離温度に昇温することができる。
例えば、ステンレス鋼としてＳＵＳ３０４を使用する場合、基材１３の幅Ｗを１０ｍｍ、全長１０ｍ、厚みＴ０．３０ｍｍとすると、基材１３の抵抗値は２．４（Ω）となる。そのため、この基材１３を加熱装置３にて加熱する場合、昇温時間３００秒で吸着温度から２５℃昇温するには１０Ｗの電力が消費され、昇温時間３００秒で吸着温度から２００度昇温するには８０Ｗの電力が消費される。よって、加熱装置３は比較的少ない電力で基材１３を二酸化炭素が脱離する脱離温度に昇温することができる。
【0031】
〔基材積層体〕
回収部１０は、複数の基材積層体１３ａを備える。基材積層体１３ａは、複数の基材１３が積層方向に所定間隔を空けて鉛直方向に積層されて構成される。当該間隔は気体の通流を妨げない限り特に制限はないが、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下がさらに好ましく、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下がさらに好ましい。１ｍｍ未満であると、気体を通流させた際の圧力損失が高くなり過ぎて気体が基材積層体１３ａを通過しにくくなり、吸着剤１２に二酸化炭素が吸着されにくくなる虞がある。５０ｍｍより大きいと、回収部１０に配置される基材１３の数が少なくなり、二酸化炭素の吸着量が低下する虞がある。
基材積層体１３ａにおいて、基材１３の各切欠き部１３ｂが、隣接する他の基材１３の各切欠き部１３ｂと積層方向（鉛直方向）において対応する箇所に配置されている。このように構成することで、通流部１１を通過する気体の圧力損失をさらに防ぐことができる。
複数の基材積層体１３ａは、図１及び図３に示すように、通流方向と交差する方向の側面が壁部１５ａ、１５ｂで覆われているとともに、最上部の基材積層体１３ａの鉛直方向上側及び最下部の基材積層体１３ａの鉛直方向下側が、それぞれ天面部１５ｃ、底部１５ｄで覆われた筐体２０内に備え付けられている。各基材積層体１３ａは、筐体２０内において支持体１７上に各々配置されており、天面部１５ｃと各支持体１７は固定部材１８により支えられている。
回収部１０は、複数の基材積層体１３ａを備える。基材積層体１３ａは、複数の基材１３が積層方向に所定間隔を空けて鉛直方向に積層されて構成される。当該間隔は気体の通流を妨げない限り特に制限はないが、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下がさらに好ましく、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下がさらに好ましい。１ｍｍ未満であると、気体を通流させた際の圧力損失が高くなり過ぎて気体が基材積層体１３ａを通過しにくくなり、吸着剤１２に二酸化炭素が吸着されにくくなる虞がある。５０ｍｍより大きいと、回収部１０に配置される基材１３の数が少なくなり、二酸化炭素の吸着量が低下する虞がある。
基材積層体１３ａにおいて、基材１３の各切欠き部１３ｂが、隣接する他の基材１３の各切欠き部１３ｂと積層方向（鉛直方向）において対応する箇所に配置されている。このように構成することで、通流部１１を通過する気体の圧力損失をさらに防ぐことができる。
複数の基材積層体１３ａは、図１及び図３に示すように、通流方向と交差する方向の側面が壁部１５ａ、１５ｂで覆われているとともに、最上部の基材積層体１３ａの鉛直方向上側及び最下部の基材積層体１３ａの鉛直方向下側が、それぞれ天面部１５ｃ、底部１５ｄで覆われた筐体２０内に備え付けられている。各基材積層体１３ａは、筐体２０内において支持体１７上に各々配置されており、天面部１５ｃと各支持体１７は固定部材１８により支えられている。
【0032】
〔加熱装置〕
回収部１０は、基材１３を加熱する加熱装置３を備える。加熱装置３は、加熱源３１と、加熱源３１と接続し回収部１０を加熱する加熱部３２を有する。加熱部３２は、回収部１０の通流部１１が備える各基材１３を直接加熱可能に設けられる。さらに加熱部３２は、基材１３上の吸着剤１２を二酸化炭素を吸着する吸着温度Ｔａ及び吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させる脱離温度Ｔｄとに加熱可能である。
本実施形態では、加熱装置３は基材１３を直接加熱できるものであればよく、例えば、基材１３に電流を流して加熱する通電加熱方式、基材１３と伝熱管とを接触させ、伝熱管内に高温流体を通流して伝熱管を介して基材１３に熱を伝える伝熱方式等を採用することができる。
例えば、加熱装置３が基材１３に電流を流して基材１３を加熱する通電加熱方式である場合において、加熱部３２は切欠き部１３ｂに挿入され、基材積層体１３ａを積層方向に挟持して基材積層体１３ａを支持体１７に固定するとともに、基材積層体１３ａを構成する各基材１３と接し、加熱源（電源）３１からの電流を伝える導電部材として機能してもよい。この構成を有することで、加熱装置３が基材１３を直接加熱し吸着剤１２に熱を伝えることができるため、回収部１０全体を加熱する必要がない。その結果、二酸化炭素回収装置１に必要以上のエネルギーを使用することが抑制される。
回収部１０は、基材１３を加熱する加熱装置３を備える。加熱装置３は、加熱源３１と、加熱源３１と接続し回収部１０を加熱する加熱部３２を有する。加熱部３２は、回収部１０の通流部１１が備える各基材１３を直接加熱可能に設けられる。さらに加熱部３２は、基材１３上の吸着剤１２を二酸化炭素を吸着する吸着温度Ｔａ及び吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させる脱離温度Ｔｄとに加熱可能である。
本実施形態では、加熱装置３は基材１３を直接加熱できるものであればよく、例えば、基材１３に電流を流して加熱する通電加熱方式、基材１３と伝熱管とを接触させ、伝熱管内に高温流体を通流して伝熱管を介して基材１３に熱を伝える伝熱方式等を採用することができる。
例えば、加熱装置３が基材１３に電流を流して基材１３を加熱する通電加熱方式である場合において、加熱部３２は切欠き部１３ｂに挿入され、基材積層体１３ａを積層方向に挟持して基材積層体１３ａを支持体１７に固定するとともに、基材積層体１３ａを構成する各基材１３と接し、加熱源（電源）３１からの電流を伝える導電部材として機能してもよい。この構成を有することで、加熱装置３が基材１３を直接加熱し吸着剤１２に熱を伝えることができるため、回収部１０全体を加熱する必要がない。その結果、二酸化炭素回収装置１に必要以上のエネルギーを使用することが抑制される。
【0033】
また、加熱装置３を基材１３上の吸着剤１２を高温の蒸気で加熱するような機構とした場合、蒸気が吸着剤１２に吸着し得る。そのため、吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させる際に、吸着された蒸気も脱離するためのエネルギーも消費されてしまう。そのため、基材を直接加熱する加熱装置を採用することで、蒸気が吸着剤１２に吸着されることはない。したがって、二酸化炭素の脱離に伴うエネルギー消費量を低減できる。
【0034】
また、上記の場合において基材１３は金属製であることが好ましい。このように構成することで、基材１３が電流を流しやすいとともに容易に加熱されて基材１３に熱を伝えやすく、基材１３を介して吸着剤１２を加熱することも容易となる。
尚、吸着剤１２は粘性や接着性が高いため、基材１３に強く接着されている。そのため、加熱装置３により基材１３に電流を流して基材１３を加熱することにより、基材１３を介して吸着剤１２に熱が伝わりやすくなっている。したがって、必要以上に基材１３を昇温させる必要がなく、必要以上のエネルギーの使用が抑制される。
さらに、加熱装置３が通電加熱方式である場合には、電気設備が整備されていれば他の加熱源は不要である。また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１が必要なエネルギーは電力のみなので、再生エネルギー電源が安価な広大な敷地への設置が可能となり、コストパフォーマンスを改善できる。
尚、吸着剤１２は粘性や接着性が高いため、基材１３に強く接着されている。そのため、加熱装置３により基材１３に電流を流して基材１３を加熱することにより、基材１３を介して吸着剤１２に熱が伝わりやすくなっている。したがって、必要以上に基材１３を昇温させる必要がなく、必要以上のエネルギーの使用が抑制される。
さらに、加熱装置３が通電加熱方式である場合には、電気設備が整備されていれば他の加熱源は不要である。また、本実施形態の二酸化炭素回収装置１が必要なエネルギーは電力のみなので、再生エネルギー電源が安価な広大な敷地への設置が可能となり、コストパフォーマンスを改善できる。
【0035】
〔二酸化炭素回収システム〕
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、図４に示すように、二酸化炭素回収装置１、送風装置２、加熱装置３、圧縮装置４、回収容器５及び制御部（図示せず）を含み、二酸化炭素回収装置１において、加熱装置３により吸着剤１２を吸着温度とした状態で通流部１１に気体を通流し、吸着剤１２に二酸化炭素を吸着させる吸着工程Ｓ１００と、加熱装置３により吸着剤１２を脱離温度として、吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させる脱離工程Ｓ１０１とを含む。なお、吸着温度とする際には、加熱装置３による加熱を行わない構成とすることもできる。
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、さらに脱離した二酸化炭素を圧縮装置４により圧縮し、回収容器５へと回収する回収工程Ｓ１０２を含む。なお、吸着工程Ｓ１００、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２は、制御部が実行する。
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、図４に示すように、二酸化炭素回収装置１、送風装置２、加熱装置３、圧縮装置４、回収容器５及び制御部（図示せず）を含み、二酸化炭素回収装置１において、加熱装置３により吸着剤１２を吸着温度とした状態で通流部１１に気体を通流し、吸着剤１２に二酸化炭素を吸着させる吸着工程Ｓ１００と、加熱装置３により吸着剤１２を脱離温度として、吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させる脱離工程Ｓ１０１とを含む。なお、吸着温度とする際には、加熱装置３による加熱を行わない構成とすることもできる。
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、さらに脱離した二酸化炭素を圧縮装置４により圧縮し、回収容器５へと回収する回収工程Ｓ１０２を含む。なお、吸着工程Ｓ１００、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２は、制御部が実行する。
【0036】
本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００において、二酸化炭素回収装置１は、上流側において送風装置２と配管Ｔ１で接続されている。また、二酸化炭素回収装置１は下流側において、外部空間と流体連通する配管Ｔ２と、二酸化炭素回収装置１から排出される二酸化炭素を含む気体を圧縮する圧縮装置４と接続する配管Ｔ３と接続されている。配管Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３はそれぞれ開閉可能な弁Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃをそれぞれ備えている。
通流部１１は、気体が供給される入口側開口部１１ａと、二酸化炭素を含む気体が排出される出口側開口部１１ｂとを有する。通流部１１は吸着剤１２を備えるため、送風装置２により気体が入口側開口部１１ａから送られると、通流部１１を通過した気体中の二酸化炭素は吸着剤１２に吸着される。そして、通流部１１を通過した気体は二酸化炭素濃度が低減した気体が出口側開口部１１ｂから配管Ｔ２を経て外部空間へ排出される。
配管Ｔ３の下流側は、回収部１０から排出される二酸化炭素を含む気体を圧縮する圧縮装置４と接続されており、圧縮装置４は配管Ｔ４を介して回収容器５と接続されている。圧縮装置４は、回収容器５へと回収部１０から排出された二酸化炭素を含む気体を圧縮して送り込む。
通流部１１は、気体が供給される入口側開口部１１ａと、二酸化炭素を含む気体が排出される出口側開口部１１ｂとを有する。通流部１１は吸着剤１２を備えるため、送風装置２により気体が入口側開口部１１ａから送られると、通流部１１を通過した気体中の二酸化炭素は吸着剤１２に吸着される。そして、通流部１１を通過した気体は二酸化炭素濃度が低減した気体が出口側開口部１１ｂから配管Ｔ２を経て外部空間へ排出される。
配管Ｔ３の下流側は、回収部１０から排出される二酸化炭素を含む気体を圧縮する圧縮装置４と接続されており、圧縮装置４は配管Ｔ４を介して回収容器５と接続されている。圧縮装置４は、回収容器５へと回収部１０から排出された二酸化炭素を含む気体を圧縮して送り込む。
【0037】
回収容器５は、圧縮装置４から送られてきた気体中の二酸化炭素を、圧縮した状態で貯留する貯留部として機能する。回収容器５は、配管Ｔ３と気密に流体連通可能であり、開閉可能な接続部を有し、二酸化炭素を圧縮した状態で貯留できるものであれば特に制限はないが、人又はクレーン等の重機で移動可能とされたものであれば、回収容器５を適宜移動させることができるため、長期の保管に適している。
【0038】
吸着剤１２に吸着された二酸化炭素は、加熱装置３により基材１３が加熱されることで吸着剤１２も加熱され、吸着剤１２に吸着されていた二酸化炭素が脱離される。このとき、二酸化炭素回収装置１（回収部１０）内の圧力は大気圧状態でもよく、真空状態となっていてもよい。二酸化炭素回収装置１（回収部１０）内を真空状態とする場合には、配管Ｔ３上に真空ポンプが設置されるとともに、真空ポンプと二酸化炭素回収装置１との間に冷却装置とドレンタンクとが設けられる。このように構成することで、大気圧条件下に比べて大気圧分の気体を加熱する必要がなくなり、二酸化炭素の脱離のために投入されるエネルギーを低減できる。
そして、脱離された二酸化炭素は二酸化炭素回収装置１中の気体とともに圧縮装置４にて一定の圧力まで昇圧され、回収容器５にて貯留される。回収容器５には、二酸化炭素回収装置１に送り込まれる気体よりも高濃度の二酸化炭素を含む気体が貯留される。
そして、脱離された二酸化炭素は二酸化炭素回収装置１中の気体とともに圧縮装置４にて一定の圧力まで昇圧され、回収容器５にて貯留される。回収容器５には、二酸化炭素回収装置１に送り込まれる気体よりも高濃度の二酸化炭素を含む気体が貯留される。
【0039】
〔二酸化炭素回収システムの作動方法〕
次に、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００の作動方法について説明する。
図５は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００における吸着工程Ｓ１００を示す図である。吸着工程Ｓ１００において、配管Ｔ１、Ｔ２が備える弁Ｖａ、Ｖｂは開かれ、配管Ｔ３が備えるＶｃは閉じられている。まず、気体が送風装置２により二酸化炭素回収装置１へ送られる。
次に二酸化炭素回収装置１では回収部１０において、気体が入口側開口部１１ａから通流され、基材積層体１３ａに塗布された吸着剤１２により気体中の二酸化炭素が吸着される。吸着工程Ｓ１００において、基材積層体１３ａ（吸着剤１２）の温度は０℃以上６０℃以下とすることが好ましく、５℃以上５５℃以下とすることが更に好ましく、５℃以上５０℃以下とすることがさらに好ましい（この時の温度を吸着温度Ｔａとする）。このように構成することで、脱離時のエネルギー投入量を減らして吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させることができる。
次に、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００の作動方法について説明する。
図５は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００における吸着工程Ｓ１００を示す図である。吸着工程Ｓ１００において、配管Ｔ１、Ｔ２が備える弁Ｖａ、Ｖｂは開かれ、配管Ｔ３が備えるＶｃは閉じられている。まず、気体が送風装置２により二酸化炭素回収装置１へ送られる。
次に二酸化炭素回収装置１では回収部１０において、気体が入口側開口部１１ａから通流され、基材積層体１３ａに塗布された吸着剤１２により気体中の二酸化炭素が吸着される。吸着工程Ｓ１００において、基材積層体１３ａ（吸着剤１２）の温度は０℃以上６０℃以下とすることが好ましく、５℃以上５５℃以下とすることが更に好ましく、５℃以上５０℃以下とすることがさらに好ましい（この時の温度を吸着温度Ｔａとする）。このように構成することで、脱離時のエネルギー投入量を減らして吸着剤１２から二酸化炭素を脱離させることができる。
【0040】
図６は、本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００における脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２を示す図である。
脱離工程Ｓ１０１において、配管Ｔ１、Ｔ２が備える弁Ｖａ、Ｖｂは閉じられ、配管Ｔ３が備えるＶｃは開かれている。まず、回収部１０では加熱装置３が作動して基材積層体１３ａを加熱する。その結果、基材積層体１３ａに塗布された吸着剤１２が加熱され、吸着剤１２が吸着していた二酸化炭素が脱離される（この時の温度を脱離温度Ｔｄとする）。なお、加熱装置３を作動させる前や作動中に、圧縮装置４を作動させておくことで、回収部１０の圧力を低下させた状態で、二酸化炭素を脱離させるようにしてもよい。
脱離工程Ｓ１０１において、配管Ｔ１、Ｔ２が備える弁Ｖａ、Ｖｂは閉じられ、配管Ｔ３が備えるＶｃは開かれている。まず、回収部１０では加熱装置３が作動して基材積層体１３ａを加熱する。その結果、基材積層体１３ａに塗布された吸着剤１２が加熱され、吸着剤１２が吸着していた二酸化炭素が脱離される（この時の温度を脱離温度Ｔｄとする）。なお、加熱装置３を作動させる前や作動中に、圧縮装置４を作動させておくことで、回収部１０の圧力を低下させた状態で、二酸化炭素を脱離させるようにしてもよい。
【0041】
次に、回収工程Ｓ１０２において、圧縮装置４が作動して、脱離された二酸化炭素は二酸化炭素回収装置１内の気体とともに圧縮装置４へと送られる。圧縮装置４は、回収部１０から配管Ｔ３を経て送られてきた二酸化炭素を含む気体を圧縮し、配管Ｔ４を通じて回収容器５へ送る。その結果、回収容器５には、高濃度の二酸化炭素を含む気体が貯留される。
なお、真空条件で脱離することで、圧縮装置４に送られる気体は高濃度二酸化炭素のみとすることもできる。
本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００において、吸着温度Ｔａと脱離温度Ｔｄの差の絶対値は、２５℃以上２００℃以下であることが好ましい。このように構成することで、脱離により消費される消費エネルギーを低減することができる。
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、制御部の制御下で、吸着工程Ｓ１００、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２を繰り返すことで、二酸化炭素の吸着、脱離及び回収を繰り返すことができる。
尚、本実施形態では、図６に示すように、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２が同時に行われた態様を示したが、脱離工程Ｓ１０１を行った後に、回収工程Ｓ１０２を行うように作動させてもよい。
なお、真空条件で脱離することで、圧縮装置４に送られる気体は高濃度二酸化炭素のみとすることもできる。
本実施形態に係る二酸化炭素回収システム１００において、吸着温度Ｔａと脱離温度Ｔｄの差の絶対値は、２５℃以上２００℃以下であることが好ましい。このように構成することで、脱離により消費される消費エネルギーを低減することができる。
本発明に係る二酸化炭素回収システム１００は、制御部の制御下で、吸着工程Ｓ１００、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２を繰り返すことで、二酸化炭素の吸着、脱離及び回収を繰り返すことができる。
尚、本実施形態では、図６に示すように、脱離工程Ｓ１０１及び回収工程Ｓ１０２が同時に行われた態様を示したが、脱離工程Ｓ１０１を行った後に、回収工程Ｓ１０２を行うように作動させてもよい。
【0042】
〔吸着剤〕
本発明に係る二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システムにおける吸着剤１２は、基材１３に塗布又は接着されて使用されるものである。そのため、吸着剤１２は、基材１３に塗布又は接着するために水又は有機溶媒中に分散させて使用できるものが好ましい。尚、この場合の水又は有機溶媒の割合は特に限定されるものではないが、水又は有機溶媒の割合が５０ｗｔ％以上（より好ましくは６０ｗｔ％以上）であるものは、塗料として好適に使用できる。
吸着剤１２を基材１３に塗布又は接着させる方法に特に制限はないが、吸着剤１２の分散溶液に基材１３を浸漬した後に乾燥する方法、吸着剤１２の分散溶液をスプレー法によって塗布して乾燥させる方法等が挙げられる。
吸着剤１２は、アミン化合物と、金属有機構造体とを含む材料を用いることができる。この場合において、吸着剤１２は、アミン化合物が金属有機構造体に担持されたものを用いることができる。
本発明に係る二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システムにおける吸着剤１２は、基材１３に塗布又は接着されて使用されるものである。そのため、吸着剤１２は、基材１３に塗布又は接着するために水又は有機溶媒中に分散させて使用できるものが好ましい。尚、この場合の水又は有機溶媒の割合は特に限定されるものではないが、水又は有機溶媒の割合が５０ｗｔ％以上（より好ましくは６０ｗｔ％以上）であるものは、塗料として好適に使用できる。
吸着剤１２を基材１３に塗布又は接着させる方法に特に制限はないが、吸着剤１２の分散溶液に基材１３を浸漬した後に乾燥する方法、吸着剤１２の分散溶液をスプレー法によって塗布して乾燥させる方法等が挙げられる。
吸着剤１２は、アミン化合物と、金属有機構造体とを含む材料を用いることができる。この場合において、吸着剤１２は、アミン化合物が金属有機構造体に担持されたものを用いることができる。
【0043】
〔アミン化合物〕
吸着剤１２に含まれるアミン化合物は、二酸化炭素等のガスを吸着する性能を有する。
アミン化合物は第１級アミン、第２級アミン、第３級アミン等の種々のアミンを用いることができ、アミン化合物の重量平均分子量が１００以上５００００以下の範囲の値であることが好ましい。
より具体的には、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン、２－（２－アミノエチルアミノ）エタノール、ジイソプロパノールアミン、２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール、トリエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、またはポリエチレンイミン等が挙げられる。
吸着剤１２に含まれるアミン化合物は、二酸化炭素等のガスを吸着する性能を有する。
アミン化合物は第１級アミン、第２級アミン、第３級アミン等の種々のアミンを用いることができ、アミン化合物の重量平均分子量が１００以上５００００以下の範囲の値であることが好ましい。
より具体的には、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、メチルジエタノールアミン、２－（２－アミノエチルアミノ）エタノール、ジイソプロパノールアミン、２－アミノ－２－メチル－１，３－プロパンジオール、トリエタノールアミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、またはポリエチレンイミン等が挙げられる。
【0044】
本実施形態の吸着剤１２では、ポリエチレンイミンが用いられる。
【0045】
〔金属有機構造体〕
金属有機構造体は、比表面積が少なくとも１０００（ｍ２／ｇ）以上であることが好ましい。比表面積を１０００（ｍ２／ｇ）以上とすることで、アミン化合物を高密度で担持することができるため、吸着剤を塗布する基材をコンパクト化でき、省スペース化が可能となる。さらに、基材をコンパクト化して回収部を小さく設計したとしても、二酸化炭素を十分に吸着し得る。
金属有機構造体は、比表面積が少なくとも１０００（ｍ２／ｇ）以上であることが好ましい。比表面積を１０００（ｍ２／ｇ）以上とすることで、アミン化合物を高密度で担持することができるため、吸着剤を塗布する基材をコンパクト化でき、省スペース化が可能となる。さらに、基材をコンパクト化して回収部を小さく設計したとしても、二酸化炭素を十分に吸着し得る。
【0046】
本発明に係る吸着剤１２において、金属有機構造体は、中心金属及び中心金属に配位する有機配位子からなるものである。尚、金属有機構造体は、市販品であってもよいし、合成により得たものであってもよい。
【0047】
本発明において、使用する中心金属に特に制限はなく、金属イオンとして金属有機構造体を構成し得る公知のものを使用できる。中心金属としては、例えば、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等が挙げられるが、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌから選択される一種であることが好ましい。
【0048】
また、本発明において、使用する有機配位子は、中心金属に配位可能な官能基を有する化合物であれば、特に制限はなく、市販品であってもよいし、合成により得たものであってもよい。尚、使用する有機配位子としては、例えば、１，４－ブタンジカルボン酸、４－オキソピラン－２，６－ジカルボン酸、１，６－ヘキサンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、１，８－ヘプタデカンジカルボン酸、１，９－ヘプタデカンジカルボン酸、ヘプタデカンジカルボン酸、１、２－ベンゼンジカルボン酸、２，３－ピリジンジカルボン酸、ピリジン－２，３－ジカルボン酸、１，３－ブタジエン－１，４－ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、イミダゾール－２，４－ジカルボン酸、２－メチルキノリン－３，４－ジカルボン酸、キノリン－２，４－ジカルボン酸、キノキサリン－２，３－ジカルボン酸、６－クロロキノキサリン－２，３－ジカルボン酸、４，４’－ジアミノフェニルメタン－３，３′－ジカルボン酸、キノリン－３，４－ジカルボン酸、７－クロロ－４－ヒドロキシキノリン－２，８－ジカルボン酸、ジイミドジカルボン酸、２－メチルイミダゾール－４，５－ジカルボン酸、チオフェン－３，４－ジカルボン酸、２－イソプロピルイミダゾール－４，５－ジカルボン酸、テトラヒドロフラン－４，４’－ジカルボン酸、ペリーレン－３，９－ジカルボン酸、ペリーレンジカルボン酸、プルリオールＥ２００－ジカルボン酸、３，６－ジオキサオクタンジカルボン酸、３，５－シクロヘキサジエン－１，２－ジカルボン酸、セバシン酸、ペンタン－３，３’－ジカルボン酸、４，４’－ジアミノ－１，１’－ジフェニル－３，３’－ジカルボン酸、４，４’－ジアミノジフェニル－３，３’－ジカルボン酸、ベンジジン－３，３’－ジカルボン酸、１，４－ビス－（フェニルアミノ）－ベンゼン－２，５－ジカルボン酸、１，１’－ビナフチル－８，８’－ジカルボン酸、７－クロロ－８－メチルキノリン－２，３－ジカルボン酸、１－アニリノアントラキノン－２，４’－ジカルボン酸、ポリテトラヒドロフラン－２５０－ジカルボン酸、１，４－ビス－（カルボキシメチル）－ピペラジン－２，３－ジカルボン酸、７－クロロキノリン－３，８－ジカルボン酸、１－（４－カルボキシ）フェニル－３－（４－クロロ）フェニルピラゾリン－４，５－ジカルボン酸、１，４，５，６，７，７－ヘキサクロロ－５－ノルボルネン－２，３－ジカルボン酸、フェニルインダンジカルボン酸、１，３－ジベンジル－２－オキソ－イミダゾリン－４，５－ジカルボン酸、２－ベンゾイルベンゼン－１，３－ジカルボン酸、１，３－ジベンジル－２－オキソイミダゾリン－４，５－ジカルボン酸、２，２’－ビキノリン－４，４’－ジカルボン酸、ピリジン－３，４－ジカルボン酸、３，６，９－トリオキサウンデカンジカルボン酸、Ｏ－ヒドロキシベンゾフェノンジカルボン酸、プルリオールＥ３００－ジカルボン酸、プルリオールＥ４００－ジカルボン酸、プルリオールＥ６００－ジカルボン酸、ピラゾール－３，４－ジカルボン酸、５，６－ジメチル－２，３－ピラジンジカルボン酸、４，４’－ジアミノ（ジフェニルエーテル）ジイミドジカルボン酸、４，４’－ジアミノジフェニルメタンジイミドジカルボン酸、４，４’－ジアミノ（ジフェニルスルホン）ジイミドジカルボン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、１，３－アダマンタンジカルボン酸、１，４－ナフタレンジカルボン酸、１，８－ナフタレンジカルボン酸、２，３－ナフタレンジカルボン酸、２，６－ピリジンジカルボン酸８－メトキシ－２，３－ナフタレンジカルボン酸、８－ニトロ－２，３－ナフタレンジカルボン酸、８－スルホ－２，３－ナフタレンジカルボン酸、アントラセン－２，３－ジカルボン酸、２’，３’－ジフェニル－ｐ－テルフェニル－４，４’’－ジカルボン酸、（ジフェニルエーテル）－４，４’－ジカルボン酸、イミダゾール－４，５－ジカルボン酸、４（１Ｈ）－オキソ－チオクロメン－２，８－ジカルボン酸、５－ｔ－ブチル－１，３－ベンゼンジカルボン酸、７，８－キノリンジカルボン酸、４，５－イミダゾールジカルボン酸、４－シクロヘキセン－１，２－ジカルボン酸、ヘキサトリアコンタンジカルボン酸、テトラデカンジカルボン酸、１，７－ヘプタンジカルボン酸、５－ヒドロキシ－１，３－ベンゼンジカルボン酸、ピラジン－２，３－ジカルボン酸、フラン－２，５－ジカルボン酸、１－ノネン－６，９－ジカルボン酸、エイコセンジカルボン酸、４，４’－ジヒドロキシジフェニルメタン－３，３’－ジカルボン酸、１－アミノ－４－メチル－９，１０－ジオキソ－９，１０－ジヒドロアントラセン－２，３－ジカルボン酸、２，５－ピリジンジカルボン酸、シクロヘキセン－２，３－ジカルボン酸、２，９－ジクロロフルオルビン－４，１１－ジカルボン酸、７－クロロ－３－メチルキノリン－６，８－ジカルボン酸、２，４－ジクロロベンゾフェノン－２’，５’－ジカルボン酸、１，３－ベンゼンジカルボン酸、１－メチルピロール－３，４－ジカルボン酸、１－ベンジル－１Ｈ－ピロール－３，４－ジカルボン酸、アントラキノン－１，５－ジカルボン酸、３，５－ピラゾールジカルボン酸、２－ニトロベンゼン－１，４－ジカルボン酸、ヘプタン－１，７－ジカルボン酸、シクロブタン－１，１－ジカルボン酸、１，１４－テトラデカンジカルボン酸、５，６－デヒドロノルボルナン－２，３－ジカルボン酸、５－エチル－２，３－ピリジンジカルボン酸、２－ヒドロキシ－１，２，３－プロパントリカルボン酸、７－クロロ－２，３，８－キノリントリカルボン酸、トリメリット酸、１，２，４－ブタントリカルボン酸、２－ホスホノ－１，２，４－ブタンジカルボン酸、トリメシン酸、１－ヒドロキシ－１，２，３－プロパントリカルボン酸、４，５－ジヒドロ－４，５－ジオキソ－１Ｈ－ピロロ［２，３－Ｆ］キノリン－２，７，９－トリカルボン酸、５－アセチル－３－アミノ－６－メチルベンゼン－１，２，４－トリカルボン酸、３－アミノ－５－ベンゾイル－６－メチルベンゼン－１，２，４－トリカルボン酸、１，２，３－プロパントリカルボン酸、アウリントリカルボン酸、１，１－ジオキシドペリロ［１，１２－ＢＣＤ］チオフェン－３，４，９，１０－テトラカルボン酸、ペリーレン－３，４，９，１０－テトラカルボン酸ペリーレン－１．１２－スルホン－３，４，９，１０－テトラカルボン酸、デカン－２，４，６，８－テトラカルボン酸、１，４，７，１０，１３，１６－ヘキサオキサシクロオクタジエン－２，３，１１，１２－テトラカルボン酸、ピロメリット酸、１，２，１１，１２－ドデカンテトラカルボン酸、１，２，５，６－ヘキサンテトラカルボン酸、１，２，７，８－オクタンテトラカルボン酸、１，４，５，８－ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，９，１０－デカンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸、テトラヒドロフランテトラカルボン酸、シクロペンタン－１，２，３，４－テトラカルボン酸、２，５－ジヒドロキシテレフタル酸、４，４'-ビフェニルジカルボン酸、１，３，５－トリス（４－カルボキシフェニル）ベンゼン、アセチレンジカルボン酸、ｔｒａｎｓ，ｔｒａｎｓ-ムコン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、ｔｒａｎｓ－１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、ｃｉｓ－１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、ｔｒａｎｓ－１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、５－ヒドロキシイソフタル酸、５－ニトロイソフタル酸、３－ニトロフタル酸、４－メチルフタル酸、４－ニトロフタル酸、２，２’－ビフェニルジカルボン酸、１，４，５，８－ナフタレンテトラカルボン酸、ピリジン－２－カルボン酸、ピリジン－３－カルボン酸、ピリジン－４－カルボン酸、２，６－ピリジンジカルボン酸、トリエチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、イミダゾール、２－メチルイミダゾール、ピラジン、２，２’－ビピリジル、４，４’－ビピリジル、１，３－ジ（４－ピリジル）プロパン、５－アミノイソフタル酸、ピコリン酸などが挙げられる。
【0049】
〔親水性バインダー〕
本発明に係る吸着剤１２は、親水性バインダーを含んでいてもよい。親水性バインダーは基材１３に対する接着性を付与する機能を有する。親水性バインダーは、下記式（１）から（４）で表されるいずれかの構造を含むことが好ましい。
（式（４）において、Ｒは、Ｎａ、Ｋ、ＮＨ４又はＨのいずれかである）
本発明において、親水性バインダーはセルロース誘導体を用いることが好ましい。
本発明において、セルロース誘導体は、吸着剤１２の水や有機溶媒への分散性の観点から親水基を有することが好ましい。親水基としては、水酸基やカルボキシ基、アミノ基、ニトロ基等が挙げられるが、金属有機構造体との親和性も考慮すると、上記化学式（１）～（４）で表されるいずれかであると好ましい。
本発明に係る吸着剤１２は、親水性バインダーを含んでいてもよい。親水性バインダーは基材１３に対する接着性を付与する機能を有する。親水性バインダーは、下記式（１）から（４）で表されるいずれかの構造を含むことが好ましい。
【化1】
【化2】
【化3】
【化4】
本発明において、親水性バインダーはセルロース誘導体を用いることが好ましい。
本発明において、セルロース誘導体は、吸着剤１２の水や有機溶媒への分散性の観点から親水基を有することが好ましい。親水基としては、水酸基やカルボキシ基、アミノ基、ニトロ基等が挙げられるが、金属有機構造体との親和性も考慮すると、上記化学式（１）～（４）で表されるいずれかであると好ましい。
【0050】
また、本発明において、セルロース誘導体は、非イオン性であることが好ましい。
【0051】
上記化学式（１）～（４）で表される親水基を有し、非イオン性であるセルロース誘導体としては種々の化合物が存在し、特に限定されるものではないが、本発明において、ガス吸着分離剤は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の中から選択される一種を含むことが好ましい。
【0052】
また、本発明において、セルロース誘導体は、固形分濃度２．０ｗｔ％水溶液の２０℃における粘度（以下、単に「粘度」という）についても特に限定されるものではないが、１５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、１，０００ｍＰａ・ｓ以上１００，０００ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。
【0053】
本発明において、金属有機構造体とアミン化合物と親水性バインダーとの質量ベースの比率については特に限定されるものではないが、金属有機構造体の固形分質量１００質量部に対して、アミン化合物が固形分質量で３０質量部以上２００質量部以下含まれることが好ましく、４０質量部以上１５０質量部以下含まれることがより好ましく、５０質量部以上１２０質量部以下含まれることが更に好ましく、６０質量部以上１００質量部以下含まれることが更に好ましい。また、金属有機構造体の固形分質量１００質量部に対して、親水性バインダーの固形分質量が１質量部以上２００質量部以下含まれることが好ましい。また、金属有機構造体の固形分質量１００質量部に対して、親水性バインダーが固形分質量で１．０質量部以上２００質量部以下含まれることが好ましく、１．０質量部以上１００質量部以下含まれることがより好ましく、５質量部以上５０質量部以下含まれることが更に好ましく、１０質量部以上４０質量部以下含まれることが更に好ましく、１０質量部以上２５質量部以下含まれることが更に好ましい。
【0054】
以上のような構成を備えた吸着剤１２は、優れた吸着性能を有し、且つ、水や有機溶媒中での分散性や構造体への接着性、粘性を付与する性質が優れたものとなる。
【0055】
本発明に係る吸着剤１２は、例えば、上記アミン化合物と金属有機構造体と親水性バインダーとを含む組成物から水や有機溶媒を除去することで作製できる。
尚、組成物は、アミン化合物、金属有機構造体、親水性バインダー及び水又は有機溶媒以外を含んでいてもよい。また、組成物中の複合体の固形分濃度は特に限定されるものではないが、組成物中の複合体の固形分濃度は、０．５０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下であることが好ましく、２．０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることがより好ましく、３．０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが更に好ましく、５．０ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下であることが更に好ましい。また、塗料中の複合体の固形分濃度は、０．５０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることが好ましく、２．０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることがより好ましく、３．０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが更に好ましい。
尚、組成物は、アミン化合物、金属有機構造体、親水性バインダー及び水又は有機溶媒以外を含んでいてもよい。また、組成物中の複合体の固形分濃度は特に限定されるものではないが、組成物中の複合体の固形分濃度は、０．５０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下であることが好ましく、２．０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることがより好ましく、３．０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが更に好ましく、５．０ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下であることが更に好ましい。また、塗料中の複合体の固形分濃度は、０．５０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることが好ましく、２．０ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることがより好ましく、３．０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが更に好ましい。
【0056】
本発明の組成物及び塗料において、有機溶媒は特に限定されるものではないが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類であることが好ましい。
【実施例0057】
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。尚、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【0058】
表１には、実施例及び比較例で使用した金属有機構造体（ＭＯＦ）、アミン化合物、アミン担持量及び各評価結果をまとめた。
【0059】
【表1】
【0060】
１．吸着剤を含む分散溶液の作製
濃度が約２０ｗｔ％の金属有機構造体（ＭＯＦ）に、表１に示す担持量となるように、メタノールに溶解したアミン化合物（ポリエチレンイミン）を混合して１２時間以上攪拌した後、エバポレーターを用いて室温～６０℃の減圧雰囲気下で０．５時間以上かけて溶媒を除去した。真空乾燥機を用いて１００℃真空加熱条件下で３時間かけて溶媒を除去し、組成物を得た。この組成物を濃度２０ｗｔ％となるように分散させ、濃度が５ｗｔ％の親水性バインダーを表１に記載の固形分重量比率となるように混合することで、実施例１～６の吸着剤を作製した。
尚、各実施例及び各比較例で使用した金属有機構造体、アミン化合物は表１の通りである。
濃度が約２０ｗｔ％の金属有機構造体（ＭＯＦ）に、表１に示す担持量となるように、メタノールに溶解したアミン化合物（ポリエチレンイミン）を混合して１２時間以上攪拌した後、エバポレーターを用いて室温～６０℃の減圧雰囲気下で０．５時間以上かけて溶媒を除去した。真空乾燥機を用いて１００℃真空加熱条件下で３時間かけて溶媒を除去し、組成物を得た。この組成物を濃度２０ｗｔ％となるように分散させ、濃度が５ｗｔ％の親水性バインダーを表１に記載の固形分重量比率となるように混合することで、実施例１～６の吸着剤を作製した。
尚、各実施例及び各比較例で使用した金属有機構造体、アミン化合物は表１の通りである。
【0061】
（金属有機構造体）
実施例１～６及び比較例１では、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）を使用した。尚、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）は、「Ｋｕｎｙｕｅ Ｌｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， “Ｒａｐｉｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ） Ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ Ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｖｅｎｔ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ Ａｃｉｄ”， Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ Ｄｅｓ． ２０１６， １６， １１６８－１１７１．」に記載された方法で合成した。ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）は、ＢＥＴ法で測定した比表面積は３，２２９ｍ２／ｇであり、細孔容積は１．５５ｃｍ３／ｇである。
実施例１～６及び比較例１では、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）を使用した。尚、ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）は、「Ｋｕｎｙｕｅ Ｌｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， “Ｒａｐｉｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ） Ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ Ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｖｅｎｔ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ Ａｃｉｄ”， Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ Ｄｅｓ． ２０１６， １６， １１６８－１１７１．」に記載された方法で合成した。ＭＩＬ－１０１（Ｃｒ）は、ＢＥＴ法で測定した比表面積は３，２２９ｍ２／ｇであり、細孔容積は１．５５ｃｍ３／ｇである。
【0062】
（アミン化合物）
実施例１～６及び比較例１では、重量平均分子量８００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ）（シグマアルドリッチ合同会社）をメタノールに分散させて使用した。
実施例１～６及び比較例１では、重量平均分子量８００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ）（シグマアルドリッチ合同会社）をメタノールに分散させて使用した。
【0063】
（親水性バインダー）
実施例１～６及び比較例１では、粘度が１５０～４００ｍＰａ・ｓのヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を５ｗｔ％で水に分散したものを使用した。
実施例１～６及び比較例１では、粘度が１５０～４００ｍＰａ・ｓのヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）（富士フイルム和光純薬株式会社製）を５ｗｔ％で水に分散したものを使用した。
【0064】
２．ＣＯ２吸着量の測定
上記吸着剤について、以下の方法でＣＯ２吸着量を測定した。
まず、流量が９０ｍＬ／ｍｉｎで窒素ガスを流通しながら１１０℃まで１～２時間加熱後、流量９０ｍＬ／ｍｉｎで窒素ガスを流通しながら２５℃まで冷却し、所定の吸着温度に昇温させてこの温度を保持した。次に、濃度約４００ｐｐｍの二酸化炭素（窒素バランス）を流量９０ｍＬ／ｍｉｎで流通し、２時間保持した。その後、所定の脱離温度まで吸着剤を加熱して、二酸化炭素を脱離させた。二酸化炭素を流通させる前後の吸着剤重量差から、ＣＯ２吸着量を算出した。その結果を表１に示す。尚、表１中におけるＣＯ２吸着量の値は、バインダーを除く単位質量当たりの吸着剤（ＰＥＩ担持ＭＯＦ）に対する数値である。尚、ＣＯ２吸着量の測定には、熱分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製 ＳＴＡ７２００）を用いた。
実施例１は、吸着温度２５℃、脱離温度５０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例２は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例３は、吸着温度２５℃、脱離温度２００℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例４は、吸着温度４０℃、脱離温度１１０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例５は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃とし、二酸化炭素を含む気体の相対湿度を４０％とした条件で二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例６は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃とし、二酸化炭素を含む気体の相対湿度を６０％とした条件で二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
比較例１は、吸着温度２５℃、脱離温度２５０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
上記吸着剤について、以下の方法でＣＯ２吸着量を測定した。
まず、流量が９０ｍＬ／ｍｉｎで窒素ガスを流通しながら１１０℃まで１～２時間加熱後、流量９０ｍＬ／ｍｉｎで窒素ガスを流通しながら２５℃まで冷却し、所定の吸着温度に昇温させてこの温度を保持した。次に、濃度約４００ｐｐｍの二酸化炭素（窒素バランス）を流量９０ｍＬ／ｍｉｎで流通し、２時間保持した。その後、所定の脱離温度まで吸着剤を加熱して、二酸化炭素を脱離させた。二酸化炭素を流通させる前後の吸着剤重量差から、ＣＯ２吸着量を算出した。その結果を表１に示す。尚、表１中におけるＣＯ２吸着量の値は、バインダーを除く単位質量当たりの吸着剤（ＰＥＩ担持ＭＯＦ）に対する数値である。尚、ＣＯ２吸着量の測定には、熱分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製 ＳＴＡ７２００）を用いた。
実施例１は、吸着温度２５℃、脱離温度５０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例２は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例３は、吸着温度２５℃、脱離温度２００℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例４は、吸着温度４０℃、脱離温度１１０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例５は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃とし、二酸化炭素を含む気体の相対湿度を４０％とした条件で二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
実施例６は、吸着温度２５℃、脱離温度１１０℃とし、二酸化炭素を含む気体の相対湿度を６０％とした条件で二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
比較例１は、吸着温度２５℃、脱離温度２５０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた際の結果である。
【0065】
３．ＣＯ２吸着性能評価
実施例１～６及び比較例１の吸着性能を評価した。表１において、ＣＯ２吸着量が１０ｍｇ－ＣＯ２／ｇ－吸着剤以上のＣＯ２吸着量が見られたものについては「○」、１０ｍｇ－ＣＯ２／ｇ－吸着剤未満のものについては「△」とした。
実施例１～６及び比較例１の吸着性能を評価した。表１において、ＣＯ２吸着量が１０ｍｇ－ＣＯ２／ｇ－吸着剤以上のＣＯ２吸着量が見られたものについては「○」、１０ｍｇ－ＣＯ２／ｇ－吸着剤未満のものについては「△」とした。
【0066】
実施例１～３においては、脱離温度が吸着温度に対して２５℃～２００℃高い温度範囲内で二酸化炭素回収装置を作動させたが、いずれの場合も吸着剤の単位重量当たりの二酸化炭素吸着量が１０ｍｇ以上であり、良好な吸着性能を示しているといえる。
一方で、比較例１においては、脱離温度が吸着温度に対して２００℃を越えた温度条件としている。この場合、二酸化炭素吸着剤の単位重量当たりの二酸化炭素吸着量が１０ｍｇを下回っており、実施例よりも吸着性能面で劣る結果となった。
一方で、比較例１においては、脱離温度が吸着温度に対して２００℃を越えた温度条件としている。この場合、二酸化炭素吸着剤の単位重量当たりの二酸化炭素吸着量が１０ｍｇを下回っており、実施例よりも吸着性能面で劣る結果となった。
【0067】
実施例４においては、吸着温度を４０℃として二酸化炭素回収装置を作動させた。脱離温度は吸着温度に対して２５℃～２００℃高い温度範囲内とした。この条件においても、吸着剤の単位重量当たりの二酸化炭素吸着量が１０ｍｇ以上であり、良好な吸着性能を示しているといえる。
【0068】
実施例５，６においては、吸着温度を２５℃とし、二酸化炭素回収装置に通流させる二酸化炭素を含む気体の相対湿度をそれぞれ４０％、６０％として二酸化炭素回収装置を作動させた。いずれの場合においても、吸着剤の単位重量当たりの二酸化炭素吸着量が１０ｍｇ以上であり、良好な吸着性能を示しているといえる。この系においては、大気中の水分量が与える影響は小さいと捉えることができる。
【0069】
上記の評価は、すべて脱離時の圧力が大気圧での評価ではあるが、大気圧条件でも十分にＣＯ２が脱離することも確認できた。
なお、二酸化炭素の脱離工程においては、二酸化炭素回収装置内を真空条件とすることで、脱離時間の短縮などを見込むことができ、二酸化炭素回収プロセス全体におけるサイクルタイムの短縮、さらには装置全体の二酸化炭素回収能力の増大につながると考えられる。
以上より、二酸化炭素の吸着剤を大気圧あるいは大気圧から減圧したうえで加熱することで、二酸化炭素が脱離することを確認し、脱離工程においては、二酸化炭素吸着剤を、回収時の吸着温度に対して、温度差２５℃以上２００℃以下の条件とする、即ち吸着温度と脱離温度の差の絶対値を２５℃以上２００℃以下としても、良好な二酸化炭素吸着性能を示すことを確認した。
なお、二酸化炭素の脱離工程においては、二酸化炭素回収装置内を真空条件とすることで、脱離時間の短縮などを見込むことができ、二酸化炭素回収プロセス全体におけるサイクルタイムの短縮、さらには装置全体の二酸化炭素回収能力の増大につながると考えられる。
以上より、二酸化炭素の吸着剤を大気圧あるいは大気圧から減圧したうえで加熱することで、二酸化炭素が脱離することを確認し、脱離工程においては、二酸化炭素吸着剤を、回収時の吸着温度に対して、温度差２５℃以上２００℃以下の条件とする、即ち吸着温度と脱離温度の差の絶対値を２５℃以上２００℃以下としても、良好な二酸化炭素吸着性能を示すことを確認した。
【0070】
なお、上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0071】
本発明は、二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収システムに利用できる。
【符号の説明】
【0072】
１：二酸化炭素回収装置
２：送風装置
３：加熱装置
４：圧縮装置
５：回収容器
１０：回収部
１１：通流部
１２：吸着剤
１３：基材
１３ａ：基材積層体
１３ｂ：切欠き部
３１：加熱源（電源）
３２：加熱部（導電部材）
１００：二酸化炭素回収システム
２：送風装置
３：加熱装置
４：圧縮装置
５：回収容器
１０：回収部
１１：通流部
１２：吸着剤
１３：基材
１３ａ：基材積層体
１３ｂ：切欠き部
３１：加熱源（電源）
３２：加熱部（導電部材）
１００：二酸化炭素回収システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】