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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】P2024152220
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素の回収方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/26 20060101AFI20241018BHJP
B01D 53/02 20060101ALI20241018BHJP
B01J 20/16 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
B01D53/26 200
B01D53/02
B01J20/16
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023066282
(22)【出願日】2023-04-14
(71)【出願人】
【識別番号】000158312
【氏名又は名称】岩谷産業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100136098
【弁理士】
【氏名又は名称】北野 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100137246
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勝也
(72)【発明者】
【氏名】西村 宏
(72)【発明者】
【氏名】折笠 琢磨
(72)【発明者】
【氏名】牧平 尚久
(72)【発明者】
【氏名】松本 和人
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 正哉
(72)【発明者】
【氏名】万福 和子
【テーマコード（参考）】
4D012
4D052
4G066
【Ｆターム（参考）】
4D012BA01
4D012BA02
4D012CA01
4D012CA03
4D012CB12
4D012CB16
4D012CD07
4D012CD10
4D012CE01
4D012CE03
4D012CF03
4D012CF04
4D012CF10
4D012CG01
4D052CD00
4D052GA01
4D052GA04
4D052GB02
4D052GB04
4D052HA00
4D052HA01
4D052HA02
4D052HA03
4D052HA21
4G066AA30B
4G066AA63B
4G066BA33
4G066CA43
4G066DA03
4G066FA37
(57)【要約】
【課題】ＤＡＣにおいて、多大なエネルギーを必要とすることなく二酸化炭素の回収効率を向上させることができる二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素の回収方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素回収システムは、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、を備える。前記前処理部は、収容容器と、前記収容容器に収容される第２材料と、を含む。前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む。
【選択図】図１
【解決手段】二酸化炭素回収システムは、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、を備える。前記前処理部は、収容容器と、前記収容容器に収容される第２材料と、を含む。前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、
前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、
を備え、
前記前処理部は、
収容容器と、
前記収容容器に収容される第２材料と、
を含み、
前記第２材料は、
Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、
二酸化炭素回収システム。
前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、
を備え、
前記前処理部は、
収容容器と、
前記収容容器に収容される第２材料と、
を含み、
前記第２材料は、
Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、
二酸化炭素回収システム。
【請求項2】
前記第１材料と前記第２材料とは互いに異なる材料である、
請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項3】
前記前処理部は、
前記収容容器と前記２材料とを含む第１前処理ユニットと、
前記収容容器と前記２材料とを含み、前記第１前処理ユニットとは異なる第２前処理ユニットと、を含み、
前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第１切換機構部が備えられた前記第１配管とは異なる第２配管と、
前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第２切換機構部が備えられた第３配管と、
をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。
前記収容容器と前記２材料とを含む第１前処理ユニットと、
前記収容容器と前記２材料とを含み、前記第１前処理ユニットとは異なる第２前処理ユニットと、を含み、
前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第１切換機構部が備えられた前記第１配管とは異なる第２配管と、
前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第２切換機構部が備えられた第３配管と、
をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。
【請求項4】
気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、
前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続され、水分を吸着しうる第２材料と収容する前処理部と、
を備え、
前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、二酸化炭素回収システムにおいて、
水分および二酸化炭素を含有する気体を前記前処理部に流通させる前処理工程と、
前記前処理部から出た前記気体を前記二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程と、を含む、
二酸化炭素の回収方法。
前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続され、水分を吸着しうる第２材料と収容する前処理部と、
を備え、
前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、二酸化炭素回収システムにおいて、
水分および二酸化炭素を含有する気体を前記前処理部に流通させる前処理工程と、
前記前処理部から出た前記気体を前記二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程と、を含む、
二酸化炭素の回収方法。
【請求項5】
前記前処理工程において、
前記前処理部に供給される前記気体の圧力は９０ｋＰａＡ以上３００ｋＰａＡ以下であり、
前記前処理部の温度は、０℃以上５０℃以下である、
請求項４に記載の二酸化炭素の回収方法。
前記前処理部に供給される前記気体の圧力は９０ｋＰａＡ以上３００ｋＰａＡ以下であり、
前記前処理部の温度は、０℃以上５０℃以下である、
請求項４に記載の二酸化炭素の回収方法。
【請求項6】
前記二酸化炭素の回収方法において、
さらに、前記二酸化炭素分離部を通過した前記気体を前記前処理部に流通させる前処理部再生工程を含む、
請求項４または請求項５に記載の二酸化炭素の回収方法。
さらに、前記二酸化炭素分離部を通過した前記気体を前記前処理部に流通させる前処理部再生工程を含む、
請求項４または請求項５に記載の二酸化炭素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二酸化炭素回収システムおよび二酸化炭素の回収方法に関する。
【背景技術】
【0002】
大気中に含有される二酸化炭素を大気から直接回収する、直接空気捕捉（Direct Air Capture、以下「ＤＡＣ」）の技術が知られている。例えば特許文献１には、二酸化炭素を捕捉するための複数の捕捉構造体を備えた二酸化炭素捕捉システムが記載されている。特許文献１には、捕捉構造体は、アミン化合物等である吸着剤が多孔質材料に含浸されたものであることが記載されている。
【0003】
特許文献２は、二酸化炭素吸着剤として、特定のＳｉ／Ａｌ比を有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいて特定範囲にピークを有する非晶質アルミニウムケイ酸からなる二酸化炭素吸着剤を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２３－５０２７３６号公報
【特許文献2】国際公開第２００８／１２９９６８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ＤＡＣにおいて、二酸化炭素の回収効率にはさらなる改善が望まれる。また同時に、ＤＡＣの実用化に向けて、エネルギー消費量の低減が課題となっている。すなわち、ＤＡＣにおけるエネルギー効率にもさらなる改善が望まれる。そこで、本開示は、ＤＡＣにおいて、多大なエネルギーを必要とすることなく二酸化炭素の回収効率を向上させることができる二酸化炭素回収システムを提供することを、課題の一つとする。また、ＤＡＣにおいて、多大なエネルギーを必要とすることなく二酸化炭素の回収効率を向上させることができる二酸化炭素の回収方法を提供することを、課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に従った二酸化炭素回収システムは、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、を備える。前記前処理部は、収容容器と、前記収容容器に収容される第２材料と、を含む。前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む。
【0007】
本開示に従った二酸化炭素の回収方法は、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続され、水分を吸着しうる第２材料と収容する前処理部と、を備え、前記第２材料はＳｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、二酸化炭素回収システムにおいて、水分および二酸化炭素を含有する気体を前記前処理部に流通させる前処理工程と、前記前処理部から出た前記気体を前記第１配管を通じて前記二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程と、を含む。
【発明の効果】
【0008】
上記二酸化炭素回収システムによれば、ＤＡＣにおいて、多大なエネルギーを必要とすることなく二酸化炭素の回収効率を向上させることができる。上記二酸化炭素の回収方法によれば、多大なエネルギーを必要とすることなく二酸化炭素の回収効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［実施態様の概要］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に従った二酸化炭素回収システムは、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、を備える。前記前処理部は、収容容器と、前記収容容器に収容される第２材料と、を含む。前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示に従った二酸化炭素回収システムは、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続される前処理部と、を備える。前記前処理部は、収容容器と、前記収容容器に収容される第２材料と、を含む。前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む。
【0011】
ＤＡＣを実用化するための技術が検討されている。従来、ＤＡＣのシステムにおいて、気体から二酸化炭素を分離するための手段として、物理吸着を利用するもの、化学吸着を利用するもの、二酸化炭素分離膜を用いるもの、それらの組み合わせ等が知られている。ＤＡＣにおいて想定される処理対象気体中の二酸化炭素濃度は比較的低く、数百ｐｐｍ以下程度であることから、いずれの手段を用いる場合も処理対象気体から二酸化炭素を効率良く分離できることが望まれる。この背景の下、二酸化炭素の分離効率を向上させることが検討された。そして、処理対象気体中に含有される水分が、二酸化炭素の分離を行う際に二酸化炭素の分離を阻害する要因のひとつであると考えられた。
【0012】
そこで、ＤＡＣのシステムにおいて、二酸化炭素分離部に気体を供給する前段階として、処理対象気体から水分を除去するための前処理部を設けることが着想された。従来、気体から水分を除去するための装置として冷却式除湿装置等が知られているが、大量の処理対象気体から水分を除去するためには多くのエネルギーが必要となる。そこで、気体中の水分を吸着しうる吸着剤を利用して脱湿を行うことが検討された。しかしながら、吸着剤を利用する場合、水分とともに二酸化炭素も吸着し、処理対象気体が二酸化炭素分離部に到達する前に、二酸化炭素のロスが生じることが判明した。そこで、水分と二酸化炭素とが共存する気体中から水分を選択的に除去する吸着剤が探索された結果、特定の化学構造を有する吸着剤によれば、水分と二酸化炭素が共存する気体中から水分を選択的に吸着可能であり、また、多くのエネルギーを要することなく気体の脱湿が可能で、前処理部における二酸化炭素のロスも少ないことが見出された。
【0013】
本開示にかかる二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素分離部の上流に前処理部が備えられ、前処理部は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体（第２材料）を含む。この特定の第２材料を前処理に用いることによって、処理対象である気体から、多大なエネルギーを要することなく水分を除去することが可能である。また同時に、前処理部における二酸化炭素のロスが少なく、二酸化炭素分離部に二酸化炭素を含む気体を供給することが可能で、ＤＡＣシステムにおける二酸化炭素の回収効率を向上させることが可能となる。第２材料であるアルミニウムケイ酸塩複合体は、ハスクレイ（登録商標）として公知の材料を含む。ハスクレイ（登録商標）は二酸化炭素および水分の両方を吸着する材料として知られていたが、本開示において見出された二酸化炭素と水分との選択性は知られておらず、ＤＡＣにおける前処理剤としての用途は想定されていなかった。
【0014】
前記二酸化炭素回収システムにおいて、前記第１材料と前記第２材料とは互いに異なる材料であってよい。二酸化炭素分離部における二酸化炭素分離のための材料（第１材料）と、前処理部における水分吸着材料（第２材料）とで互いに異なる材料を採用することによって、二酸化炭素の吸着効率をより向上させて、本開示にかかる効果を確実に得ることができる。
【0015】
前記二酸化炭素回収システムにおいて、前記前処理部は、前記収容容器と前記２材料とを含む第１前処理ユニットと、前記収容容器と前記２材料とを含み、前記第１前処理ユニットとは異なる第２前処理ユニットと、を含んでよい。前記前処理部は、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第１前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第１切換機構部が備えられた前記第１配管とは異なる第２配管と、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部の出口側との間を接続し、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通する状態と、前記第２前処理ユニットと前記二酸化炭素分離部とが連通しない状態とを切換可能である第２切換機構部が備えられた第３配管と、をさらに備えてよい。複数のユニットを含む前処理部を構成することによって、複数のユニットを切り換えながら前処理を実施することが可能となり、二酸化炭素吸着を連続的に実施できる。また、二酸化炭素分離部の出口側と各前処理ユニットとの間を接続する配管を設けることによって、二酸化炭素分離部から排出される排気を、前処理部における吸湿材（第２材料）の再生に利用できる。
【0016】
前記二酸化炭素回収システムにおいて、前記第１材料は物理吸着によって二酸化炭素を回収する材料であってよい。物理吸着による二酸化炭素の回収は、エネルギー処理気体に含まれる水分の影響を受けやすいと考えられている。このため、気体中の水分を除去し、かつ二酸化炭素のロスが少ない前処理部を設けるという本開示にかかる構成によって、本開示にかかる効果をより確実に得られる。
【0017】
本開示に従った二酸化炭素の回収方法は、気体中に含有される二酸化炭素を分離しうる第１材料を収容する二酸化炭素分離部と、前記二酸化炭素分離部よりも上流に位置し、前記二酸化炭素分離部と第１配管を介して接続され、水分を吸着しうる第２材料と収容する前処理部と、を備え、前記第２材料は、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を含む、二酸化炭素回収システムにおいて、水分および二酸化炭素を含有する気体を前記前処理部に流通させる前処理工程と、前記前処理部から出た前記気体を前記二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程と、を含む。この回収方法によれば、二酸化炭素の回収効率が良く、エネルギー消費の少ないＤＡＣを実現できる。
【0018】
前記前処理工程において、前記前処理部に供給される前記気体の圧力は９０ｋＰａＡ以上３００ｋＰａＡ以下であってよく、前記前処理部における処理温度は０℃以上５０℃以下であってよい。上記の構成を有するシステムによれば、前処理工程において、大気圧近傍、かつ、１００℃以下（特に、５０℃以下）の温度において処理対象気体中の水分を低減できる。かかる方法によれば、よりエネルギー消費を抑制しつつ二酸化炭素を回収することが可能となる。
【0019】
前記二酸化炭素の回収方法において、さらに、前記二酸化炭素分離部を通過した前記気体を前記前処理部に流通させる、前処理部再生工程を含んでよい。本開示にかかる回収方法の前処理部で用いられる第２材料は、水分を吸着した後、１００℃以下の比較的低温の空気と接触させることによって容易に再生できる。かかる回収方法によれば、二酸化炭素の回収を低エネルギーで連続的に実施することが可能となる。
【0020】
［実施形態の具体例］
以下に、本開示にかかる二酸化炭素回収システムおよび回収方法の一例を、図面を参照しつつより詳しく説明する。図１は、二酸化炭素回収システムの構成の一例を示す図である。
以下に、本開示にかかる二酸化炭素回収システムおよび回収方法の一例を、図面を参照しつつより詳しく説明する。図１は、二酸化炭素回収システムの構成の一例を示す図である。
【0021】
（二酸化炭素回収システム）
図１を参照して、二酸化炭素回収システム１はＤＡＣに用いられるシステムである。原料気体Ｇ０は主に大気である。処理対象気体である原料気体Ｇ０は、典型的には、窒素（Ｎ２）と、酸素（Ｏ２）と、水分（Ｈ２Ｏ）と、二酸化炭素（ＣＯ２）と、その他成分とを含有する。原料気体Ｇ０が大気である場合、通常３００ｐｐｍから５００ｐｐｍ程度の二酸化炭素を含有するが、この範囲に制限されない。例えば、原料気体における二酸化炭素の含有割合は、３００ｐｐｍｖ～５０００ｐｐｍｖ程度であってよい。原料気体Ｇ０中に含まれる二酸化炭素が、二酸化炭素回収システム１によって分離および回収され、回収気体Ｇ３として取り出される。
図１を参照して、二酸化炭素回収システム１はＤＡＣに用いられるシステムである。原料気体Ｇ０は主に大気である。処理対象気体である原料気体Ｇ０は、典型的には、窒素（Ｎ２）と、酸素（Ｏ２）と、水分（Ｈ２Ｏ）と、二酸化炭素（ＣＯ２）と、その他成分とを含有する。原料気体Ｇ０が大気である場合、通常３００ｐｐｍから５００ｐｐｍ程度の二酸化炭素を含有するが、この範囲に制限されない。例えば、原料気体における二酸化炭素の含有割合は、３００ｐｐｍｖ～５０００ｐｐｍｖ程度であってよい。原料気体Ｇ０中に含まれる二酸化炭素が、二酸化炭素回収システム１によって分離および回収され、回収気体Ｇ３として取り出される。
【0022】
二酸化炭素回収システム１は、前処理部１０と、二酸化炭素分離部２０と、送風機３０とを備える。送風機３０は例えばブロワやファンであってよい。送風機３０と前処理部１０とは、配管５１を介して互いに接続されている。前処理部１０は、送風機３０によって送り込まれる原料気体Ｇ０に含まれる水分を低減するために配置されている。前処理部１０は複数の前処理ユニットを含んでよい。図１の例では、前処理部１０は２つの前処理ユニット１０Ａ、１０Ｂを含む。配管５１は、第１前処理ユニット１０Ａに接続する第１分岐配管５１Ａと、第２前処理ユニット１０Ｂに接続する第２分岐配管５１Ｂと、を含む。第１分岐配管５１Ａの途中に、送風機３０と第１前処理ユニット１０Ａとの間が連通する状態と閉止された状態とを切換え可能である弁Ｖ１が備えられている。第２分岐配管５１Ｂの途上に、送風機３０と第２前処理ユニット１０Ｂとの間が連通する状態と閉止された状態とを切換え可能である弁Ｖ２が備えられている。第１前処理ユニット１０Ａ、第２前処理ユニット１０Ｂは互いに同じ構成を有していることが好ましい。図１の例では、前処理部１０の上流側に送風機３０が備えられているが、別の態様として、前処理部１０の下流側にポンプが設置され、ポンプで吸引することによって前処理部１０に原料気体Ｇ０を吸い込むこともできる。
【0023】
前処理部１０における前処理ユニット１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、収容容器１１Ａ、１１Ｂと、収容容器１１Ａ、１１Ｂに収容された第２材料としての吸湿材１２Ａ、１２Ｂとを含む。収容容器１１Ａ、１１Ｂは吸収塔であってよい。吸湿材１２Ａ、１２Ｂは、水分を吸着し、かつ二酸化炭素の吸着量が少ない吸湿材である。本開示にかかる二酸化炭素回収システム１は、吸湿材１２Ａ、１２Ｂとして、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体を用いることが特徴の一つである。吸湿材１２Ａ、１２Ｂの詳細は後述される。前処理ユニット１０Ａ、１０Ｂは、温度調整のための加熱装置または冷却装置、圧力調整のためのポンプやファン等を備えていてもよい。
【0024】
前処理部１０と二酸化炭素分離部２０とは、第１配管としての配管５２を介して接続される。配管５２は、二酸化炭素分離部２０の入口側２０ｉｎに接続する。配管５２は、第１前処理ユニット１０Ａに接続する第１分岐配管５２Ａと、第２前処理ユニット１０Ｂに接続する第２分岐配管５２Ｂと、を含む。第１分岐配管５２Ａの途上に、第１前処理ユニット１０Ａと二酸化炭素分離部２０との間が連通する状態と閉止された状態とを切換え可能である弁Ｖ３が備えられている。第２分岐配管５２Ｂの途上に、第２前処理ユニット１０Ｂと二酸化炭素分離部２０との間が連通する状態と閉止された状態とを切り換え可能である弁Ｖ４が備えられている。
【0025】
二酸化炭素分離部２０は、前処理部１０を通過し、水分が低減された気体Ｇ１に含まれる二酸化炭素を分離する。二酸化炭素分離部２０は、ＤＡＣにおいて用いられる二酸化炭素分離装置を含むことができる。ＤＡＣにおいて用いられる二酸化炭素分離装置としては例えば、二酸化炭素を物理吸着する物理吸着装置、二酸化炭素を化学吸着する化学吸着装置、それらの中間的な装置、膜分離によって二酸化炭素を分離する膜分離装置、相変化を利用して二酸化炭素を分離する冷却装置等であってよい。
【0026】
図１の例においては、二酸化炭素分離部２０は、収容容器２１と収容容器２１に収容された第１材料としての二酸化炭素吸着剤２２とを含む。本開示にかかる二酸化炭素回収システム１は前処理部１０を備え、前処理部１０において処理対象気体から水分が除去されるため、二酸化炭素分離部２０における水分の影響が少ない。このため、二酸化炭素分離部２０において物理吸着を利用した二酸化炭素分離を行う場合に、水分の存在に起因して二酸化炭素の吸着効率が低下することを抑制できる。物理吸着を利用する二酸化炭素吸着剤２２として、例えば、ゼオライト、金属有機構造体（Metal-Organic Frameworks, ＭＯＦ）、ハスクレイ（登録商標）等が挙げられる。化学吸着を利用した二酸化炭素吸着剤２２としては例えば、アミン化合物を多孔質物質に含浸させた固体吸着剤、液体のアミン化合物、水酸化カルシウム等の無機アルカリ化合物を用いるもの等が挙げられる。二酸化炭素分離部２０は、温度調整のための加熱装置または冷却装置、圧力調整のためのポンプやファン等を備えていてもよい。
【0027】
二酸化炭素回収システム１において、前処理部１０と二酸化炭素分離部２０とは、第１配管としての配管５２は別の配管である、第２配管としての配管５３を介して接続される。二酸化炭素分離部２０の出口側２０ｏｕｔと、前処理部１０とが、配管５３を介して接続されている。配管５３は、前処理部１０における吸湿材１２Ａ、１２Ｂを再生させるための再生系統を構成する。配管５３は、第１前処理ユニット１０Ａに接続する第１分岐配管５３Ａと、第２前処理ユニット１０Ｂに接続する第２分岐配管５３Ｂと、を含む。第１分岐配管５３Ａの途上に、第１前処理ユニット１０Ａと二酸化炭素分離部２０との間が連通する状態と閉止された状態とを切換え可能である弁Ｖ５が備えられている。第２分岐配管５３Ｂの途上に、第２前処理ユニット１０Ｂと二酸化炭素分離部２０との間が連通する状態と閉止された状態とを切換え可能である弁Ｖ６が備えられている。
【0028】
第１前処理ユニット１０Ａにはさらに、二酸化炭素回収システム１の外部に気体を排出する配管である配管５４Ａが接続されている。同様に、第２前処理ユニット１０Ｂにはさらに、二酸化炭素回収システム１の外部に気体を排出する配管である配管５４Ｂが接続されている。配管５４Ａ、配管５４Ｂは排気用配管である。配管５４Ａの途上には弁Ｖ７が備えられている。弁Ｖ７は、第１前処理ユニット１０Ａが外部に連通する状態と、第１前処理ユニット１０Ａと外部との間が閉止された状態とを切り換え可能である。弁Ｖ８は、第２前処理ユニット１０Ｂが外部に連通する状態と、第２前処理ユニット１０Ｂと外部との間が閉止された状態とを切り換え可能である。
【0029】
二酸化炭素分離部２０には、取り出し用配管である配管５５が接続されている。配管５５を通して、二酸化炭素分離部２０で分離された二酸化炭素を含む回収気体Ｇ３が二酸化炭素回収システム１から取り出され、回収される。
【0030】
（吸湿材）
本開示にかかる二酸化炭素回収システムにおいて用いられる吸湿材（吸湿材１２Ａ、１２Ｂ）を構成する、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体について説明する。吸湿材は、ハスクレイ（登録商標）として知られる無機多孔質物質Ｍを含む。無機多孔質物質Ｍの主な構成元素はケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）である。無機多孔質物質Ｍは、多数のＳｉ－Ｏ－Ａｌ結合で組み立てられた水和ケイ酸アルミニウムと粘土鉱物の複合体である。
本開示にかかる二酸化炭素回収システムにおいて用いられる吸湿材（吸湿材１２Ａ、１２Ｂ）を構成する、Ｓｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３であり、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にピークを有し、２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいてＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウムケイ酸塩からなるアルミニウムケイ酸塩複合体について説明する。吸湿材は、ハスクレイ（登録商標）として知られる無機多孔質物質Ｍを含む。無機多孔質物質Ｍの主な構成元素はケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）である。無機多孔質物質Ｍは、多数のＳｉ－Ｏ－Ａｌ結合で組み立てられた水和ケイ酸アルミニウムと粘土鉱物の複合体である。
【0031】
本開示にかかる効果を得られる限り特に制限されないが、吸湿材１２Ａ、１２Ｂは、吸湿材１２Ａ、１２Ｂの全体に対して無機多孔質物質Ｍを９０％以上含むことができ、９５％以上であれば好ましく、１００％含むことがより好ましい。本開示にかかる効果を確実に得るためには、吸湿材１２Ａ、１２Ｂの全体に対して無機多孔質物質Ｍを９５％以上含むことが好ましい。吸湿材１２Ａ、１２Ｂは、無機多孔質物質Ｍの他に、例えばアルミナ、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等を含んでもよい。
【0032】
無機多孔質物質Ｍは、粒状であってよい。造粒物の大きさや形状は特に制限されないが、例えば０．５ｍｍ～１０ｍｍ程度のペレット状であってよい。無機多孔質物質Ｍの密度は、例えば乾燥状態において、０．３ｇ／ｃｍ３～０．６ｇ／ｃｍ３であってよい。無機多孔質物質Ｍの比表面積は、例えば、５００ｍ２／ｇ～１０００ｍ２／ｇであってよい。無機多孔質物質Ｍの気孔率は、例えば４０％～７０％であってよい。
【0033】
無機多孔質物質Ｍは大気圧付近において高い水分吸着性を有する。具体的には、相対湿度４０％（１００℃）における水蒸気吸着量は２８ｗｔ％程度、相対湿度６０％（１００℃）における水分吸着量は４５ｗｔ％以上である。また、無機多孔質物質Ｍは、大気圧付近における二酸化炭素吸着量が少ない。例えば、絶対圧１００ｋＰａＡにおいて、ハスクレイ（登録商標）の二酸化炭素吸着量は６ｗｔ％程度である。
【0034】
無機多孔質物質Ｍは、例えば、無機ケイ素化合物溶液と無機アルミニウム化合物溶液からなる溶液とを混合し、ケイ素とアルミニウムとを重合させ、次いで、加熱熟成を行った後に脱塩洗浄を行うことによって、工業的に製造できる。具体的に、モノケイ酸水溶液とアルミニウム溶液とを、Ｓｉ／Ａｌ比が０．７～１となるように混合し、酸またはアルカリを添加してｐＨ６～８に調整した後、加熱することによって得ることができる。モノケイ酸として具体的には例えば、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、無定形コロイド状二酸化ケイ素（エアロジル等）等が用いられうる。ケイ酸塩分子と結合させるアルミニウム源は、アルミニウムイオンであればよい。具体的には例えば、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびアルミン酸ナトリウム等のアルミニウム化合物であってよい。
【0035】
これらの原料を適切な水溶液に溶解させ、所定の濃度の溶液を調製する。ケイ素／アルミニウム比は０．７～１．０となるように混合する。溶液中のケイ素化合物の濃度は１～１０００ｍｍｏｌ／Ｌとできる。アルミニウム化合物の溶液の濃度は１～１４００ｍｍｏｌ／Ｌとできる。１～８００ｍｍｏｌ／Ｌのケイ素化合物溶液と、１～１２００ｍｍｏｌ／Ｌのアルミニウム化合物溶液とを混合することが好ましい。これらの比率および濃度に基づいて、アルミニウム化合物溶液にケイ素化合物溶液を混合し、前駆体を形成した後、ｐＨを６～８に調整する。次いで、加熱合成を行い、さらに遠心分離、濾過、膜分離等により脱塩洗浄することによって、無機多孔質物質Ｍが得られうる。
【0036】
また、無機多孔質物質Ｍは、例えば、水ガラスと硫酸アルミニウム水溶液とを混合し、酸性条件下でケイ素とアルミニウムとを重合させ、次いで、脱塩および加熱を行うことによって、工業的に製造できる。具体的には、水ガラスと硫酸アルミニウム水溶液とをＳｉ／Ａｌモル比が０．７～１．３、混合時のｐＨが３．５～４．８となるように混合し、攪拌した後、これにアルカリを添加してｐＨ６～１０に調整し、脱塩処理及び１２０～３００℃での加熱処理を行うことにより製造できる。
【0037】
例えば上記の方法によって得た無機多孔質物質Ｍは、Ｘ線源としてＣｕを用いた粉末Ｘ線回折図形において、２θ＝２０、２６、３５、３９°付近にブロードなピークが見られる。このうち２０°及び３５°に見られるピークは、層状粘土鉱物のｈｋ０面の反射から得られるものであり、層状粘土鉱物に一般的に見られる００ｌ反射が見られないことから、積層方向の厚さがほとんどない低結晶性の層状粘土鉱物であると推定される。また２θ＝２６°、３９°付近のブロードなピークは、非晶質なアルミニウムケイ酸塩に特徴的なピークである。また、ＣＰ／ＭＡＳ法による２９Ｓｉ固体ＮＭＲスペクトルにおいて、ＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークと、－８４～－９４ｐｐｍの範囲に観察されるピークとを有する。ＯＨ－Ｓｉ－(ＯＡｌ)３に起因するピークは、－７６～－７８ｐｐｍ付近に見られる。
【0038】
（二酸化炭素回収方法）
本開示にかかる二酸化炭素の回収方法について説明する。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法は、好ましくは上述の二酸化炭素回収システムにおいて実施される方法である。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法において処理対象となる原料気体は、水分および二酸化炭素を含有する気体である。原料気体における水分の含有割合は、特に制限されないが、例えば１ｖｏｌ％～１０ｖｏｌ％程度であってよい。原料気体における二酸化炭素の含有割合は、特に制限されないが、例えば３００ｐｐｍｖ～５０００ｐｐｍｖ程度であってよい。
本開示にかかる二酸化炭素の回収方法について説明する。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法は、好ましくは上述の二酸化炭素回収システムにおいて実施される方法である。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法において処理対象となる原料気体は、水分および二酸化炭素を含有する気体である。原料気体における水分の含有割合は、特に制限されないが、例えば１ｖｏｌ％～１０ｖｏｌ％程度であってよい。原料気体における二酸化炭素の含有割合は、特に制限されないが、例えば３００ｐｐｍｖ～５０００ｐｐｍｖ程度であってよい。
【0039】
本開示にかかる二酸化炭素の回収方法は、水分および二酸化炭素を含有する気体を前処理部に流通させて、気体中の水分を低減する前処理工程と、前処理部から出た気体を二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程と、を含む。前処理部は、前述した無機多孔質物質Ｍを含む脱湿部である。
【0040】
前処理工程において、前処理部に供給される気体の圧力は９０ｋＰａＡ以上３００ｋＰａＡ以下であることが好ましい。また、前処理における処理温度は、１００℃以下であってよく、０℃以上５０℃以下であることが好ましい。なお、ここでいう処理温度とは、前処理部に流通される原料気体Ｇ０の温度である。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法では、前処理工程を大気圧付近で、かつ常温域あるいは常温に近い温度域、典型的には１００℃以下の温度範囲で実施することができる。このため、例えば加熱によって脱湿を実施する場合と比較して、前処理工程における必要エネルギーを低減できる。また、例えばゼオライト等の多孔質吸着剤を用いる場合と比較して、二酸化炭素の吸着が少なく、処理対象気体中から水分を選択的に吸着できる。
【0041】
前処理工程に続いて、前処理部から出た気体を二酸化炭素分離部に流通させる二酸化炭素分離工程を実施する。二酸化炭素分離工程は、二酸化炭素分離の方式に応じて適切な条件が選択されうる。本開示にかかる二酸化炭素の回収方法では、二酸化炭素分離部に供給される気体は水分が低減されている。このため、水分の影響を受けやすい二酸化炭素分離方式（例えば二酸化炭素吸着剤としてゼオライトを用いる場合）も好適に用いられうる。
【0042】
二酸化炭素分離工程に続いて、あるいは二酸化炭素分離工程と同時に、二酸化炭素回収工程を実施できる。二酸化炭素回収工程は、二酸化炭素分離部において分離された二酸化炭素を回収する工程である。二酸化炭素分離部において、二酸化炭素分離の方式として物理吸着および／または化学吸着が採用される場合、二酸化炭素分離工程および二酸化回収工程として、例えば温度スイング法、圧力スイング法、湿度スイング法を採用することができる。
【0043】
本開示にかかる二酸化炭素の回収方法は、前処理部における吸湿材を再生させる再生工程を含むことができる。再生工程では、二酸化炭素分離部から排出される処理後気体を利用できる。さらに、前処理部が複数の前処理ユニットを含む場合、原料気体の脱湿と、吸湿材の再生とを並行して実施できる。
【0044】
図２は、本開示にかかる二酸化炭素回収システムにおける前処理部の制御の一例を示す制御フローである。図２に示すフローは図１に示す二酸化炭素回収システム１の制御の一例を示しており、図２中の符号は図１に示す構成に対応している。
【0045】
まず装置を起動する（スタート）。続いて、弁のうちＶ１、Ｖ３，Ｖ６，Ｖ８が開とされ、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７が閉とされる（Ｓ１０）。この操作によって、送風機３０と第１前処理ユニット１０Ａとの間が連通し、第１前処理ユニット１０Ａと二酸化炭素分離部２０との間が連通し、二酸化炭素分離部２０の出口側２０ｏｕｔとの第２前処理ユニット１０Ｂとの間が連通し、第２前処理ユニット１０Ｂと排気口５５Ｂとが連通する。
【0046】
次いで、送風機３０および二酸化炭素分離部２０の分離装置をＯＮにする（Ｓ２０）。送風機３０から、窒素、酸素、水分および二酸化炭素を含む原料気体Ｇ０が第１前処理ユニット１０Ａに送り込まれる。第１前処理ユニット１０Ａにおいて水分が低減された気体Ｇ１が二酸化炭素分離部２０に供給され、二酸化炭素分離部２０において二酸化炭素が分離される。二酸化炭素分離部２０から、窒素および酸素を含む乾燥空気Ｇ２が第２前処理ユニット１０Ｂに供給される。このようにして、第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿と、第２前処理ユニット１０Ｂにおける吸湿材１２Ｂの再生が実施される（Ｓ３０）。吸湿材１２Ｂの再生に利用された、窒素、酸素、水分を含む排気Ｇ４が、排気口５５Ｂから外部に排出される。第２前処理ユニット１０Ｂにおける吸湿材１２Ｂの再生は、具体的には、例えば圧力を１０１ｋＰａＡ～３００ｋＰａＡ程度、温度を６０℃～１００℃程度に調整した乾燥空気Ｇ２を第２前処理ユニット１０Ｂに送り込むことによって、吸湿材１２Ｂから水分を脱着させることによって行う。再生工程に用いる乾燥空気Ｇ２の温度は、例えば２０℃～１００℃であってよく、６０℃～１００℃であればより好ましい。
【0047】
第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿性能の低下が判定される（Ｓ４０）。脱湿性能の判定は、例えば、第１前処理ユニット１０Ａの出口側において第１前処理ユニット１０Ａを出る気体の湿度を計測することによって行うことができる。この方法以外でも、脱湿性能が判定できれば具体的な手段は制限されない。第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿性能が低下したと判定されない場合（Ｓ４０においてＮＯ）、第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿と、第２前処理ユニット１０Ｂにおける再生が継続される（Ｓ３０）。
【0048】
第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿性能が低下したと判定される場合（Ｓ４０においてＹＥＳ）、弁のうちＶ１、Ｖ３，Ｖ６，Ｖ８が閉とされ、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７が開とされる（Ｓ６０）。この操作によって、送風機３０と第２前処理ユニット１０Ｂとの間が連通し、第２前処理ユニット１０Ｂと二酸化炭素分離部２０との間が連通し、二酸化炭素分離部２０の出口側２０ｏｕｔとの第１前処理ユニット１０Ａとの間が連通し、第１前処理ユニット１０Ａと排気口５５Ａとが連通する。
【0049】
送風機３０から、原料気体Ｇ０が第２前処理ユニット１０Ｂに送り込まれる。第２前処理ユニット１０Ｂにおいて水分が低減された気体Ｇ１が二酸化炭素分離部２０に供給され、二酸化炭素分離部２０において二酸化炭素が分離される。二酸化炭素が分離された乾燥空気Ｇ２が第１前処理ユニット１０Ａに供給される。このようにして、第２前処理ユニット１０Ｂにおける脱湿と、第１前処理ユニット１０Ａにおける再生が実施される（Ｓ６０）。吸湿材１２Ａの再生に利用された、窒素、酸素、水分を含む排気Ｇ４が、排気口５５Ａから外部に排出される。
【0050】
第２前処理ユニット１０Ｂにおける脱湿性能の低下が判定される（Ｓ７０）。第２前処理ユニット１０Ｂにおける脱湿性能が低下したと判定されない場合（Ｓ７０においてＮＯ）、第２前処理ユニット１０Ｂにおける脱湿と、第１前処理ユニット１０Ａにおける再生が継続される（Ｓ６０）。第２前処理ユニット１０Ｂにおける脱湿性能が低下したと判定される場合（Ｓ７０においてＹＥＳ）、弁のうちＶ１、Ｖ３，Ｖ６，Ｖ８が開とされ、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７が閉とされ（Ｓ８０）、第１前処理ユニット１０Ａにおける脱湿と、第２前処理ユニット１０Ｂにおける再生が実施される（Ｓ３０）。
【0051】
上述の制御方法によれば、２つの前処理ユニットにおいて、一方の前処理ユニットにおける脱湿と、他方の前処理ユニットの再生とを並行して実施することが可能である。また、二酸化炭素分離後の乾燥気体を用いて前処理ユニットの再生を実施することが可能で、エネルギー効率に優れた二酸化炭素回収システムを構成できる。
【0052】
［実施試験例１］
以下の試験により、本開示にかかる前処理工程（脱湿工程）の実証を行った。
＜試験装置＞
試験装置の概要を［図３］に示す。［図３］に示すとおり、カラムに吸湿材を充填した吸着塔を構成し、吸着塔における水分および二酸化炭素の吸着を測定した。直径６０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのカラムを用いた。カラム中に吸湿材としてハスクレイ（登録商標）（品番：ハスクレイＧＩ－Ｚ、石原産業株式会社製、直径４ｍｍ・長さ６ｍｍのペレット状粒子）４９０．４１ｇ（１Ｌ）を充填した。ハスクレイは、１１０℃で乾燥したものを用いた。
吸着塔の入口側および出口側に二酸化炭素濃度計（おんどとりＴＲ－７６Ｕｉ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）および温湿度計（おんどとりＴＲ－７２ｎｗ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）を設置し、二酸化炭素濃度および温度、湿度を測定した。吸着の際は、吸着塔の出口側にポンプ（ＭＰ－３０、アズワン株式会社製）を設置し、吸引することによって吸着塔内に処理対象気体を導入し、通過させた。
以下の試験により、本開示にかかる前処理工程（脱湿工程）の実証を行った。
＜試験装置＞
試験装置の概要を［図３］に示す。［図３］に示すとおり、カラムに吸湿材を充填した吸着塔を構成し、吸着塔における水分および二酸化炭素の吸着を測定した。直径６０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのカラムを用いた。カラム中に吸湿材としてハスクレイ（登録商標）（品番：ハスクレイＧＩ－Ｚ、石原産業株式会社製、直径４ｍｍ・長さ６ｍｍのペレット状粒子）４９０．４１ｇ（１Ｌ）を充填した。ハスクレイは、１１０℃で乾燥したものを用いた。
吸着塔の入口側および出口側に二酸化炭素濃度計（おんどとりＴＲ－７６Ｕｉ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）および温湿度計（おんどとりＴＲ－７２ｎｗ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）を設置し、二酸化炭素濃度および温度、湿度を測定した。吸着の際は、吸着塔の出口側にポンプ（ＭＰ－３０、アズワン株式会社製）を設置し、吸引することによって吸着塔内に処理対象気体を導入し、通過させた。
【0053】
＜試験方法＞
カラムに１Ｌ分の吸湿材を充填した後、窒素発生装置（Ｍ４ＮＴ－０．８－５、コフロック株式会社製）にて発生させた窒素ガスを試験装置に導入した。出口側において測定する二酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下になるまで窒素ガスを流通させて、カラムを平衡化した。これを前準備とした。
前準備が終了した後、水中バブリングによって水分を添加した外気を原料気体として、カラムに導入した。原料気体は、相対湿度８０～９０％ＲＨ、二酸化炭素濃度５００～６００ｐｐｍであった。原料気体の流量は２５Ｌ／ｍｉｎとした。
カラムに１Ｌ分の吸湿材を充填した後、窒素発生装置（Ｍ４ＮＴ－０．８－５、コフロック株式会社製）にて発生させた窒素ガスを試験装置に導入した。出口側において測定する二酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下になるまで窒素ガスを流通させて、カラムを平衡化した。これを前準備とした。
前準備が終了した後、水中バブリングによって水分を添加した外気を原料気体として、カラムに導入した。原料気体は、相対湿度８０～９０％ＲＨ、二酸化炭素濃度５００～６００ｐｐｍであった。原料気体の流量は２５Ｌ／ｍｉｎとした。
【0054】
＜試験結果＞
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図４］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図４］（ｂ）に、示す。［図４］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が８０～９０％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５％ＲＨまで低減された状態が経過時間１００分まで維持された。経過時間１１０分においても、出口側の相対湿度は１０％ＲＨ以下であった。また、原料気体における二酸化炭素濃度が４５０～５００ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、４２０ｐｐｍ～５００ｐｐｍ程度である状態が維持された。これらの結果から、ハスクレイは二酸化炭素と水分を含む気体から、水分を選択的に吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてハスクレイを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが少なく、また、常温常圧で脱湿工程を実施可能であると考えられた。
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図４］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図４］（ｂ）に、示す。［図４］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が８０～９０％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５％ＲＨまで低減された状態が経過時間１００分まで維持された。経過時間１１０分においても、出口側の相対湿度は１０％ＲＨ以下であった。また、原料気体における二酸化炭素濃度が４５０～５００ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、４２０ｐｐｍ～５００ｐｐｍ程度である状態が維持された。これらの結果から、ハスクレイは二酸化炭素と水分を含む気体から、水分を選択的に吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてハスクレイを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが少なく、また、常温常圧で脱湿工程を実施可能であると考えられた。
【0055】
［比較試験例１］
実施試験例１の装置において、吸湿材としてハスクレイに代えてゼオライト（モレキュラーシーブ４Ａ、品番：１４１３０２、ユニオン昭和株式会社製、３．２ｍｍペレット状粒子）を用いた。ゼオライトは、２００℃で乾燥し、カラム中に７８４．５７ｇ（１Ｌ）充填した。それ以外は実施試験例１と同様に試験を実施した。
実施試験例１の装置において、吸湿材としてハスクレイに代えてゼオライト（モレキュラーシーブ４Ａ、品番：１４１３０２、ユニオン昭和株式会社製、３．２ｍｍペレット状粒子）を用いた。ゼオライトは、２００℃で乾燥し、カラム中に７８４．５７ｇ（１Ｌ）充填した。それ以外は実施試験例１と同様に試験を実施した。
【0056】
＜結果＞
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図５］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図５］（ｂ）に、示す。［図５］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が７７～８０％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５％ＲＨまで低減された状態が経過時間１５０分まで維持された。一方、原料気体における二酸化炭素濃度が５２５～６００ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、約５０分経過時まで０ｐｐｍに近く、その後１５０分経過時まで徐々に上昇した。これらの結果から、ゼオライトは水分吸着性を有するが、同時に二酸化炭素も吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてゼオライトを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが生じると考えられた。
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図５］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図５］（ｂ）に、示す。［図５］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が７７～８０％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５％ＲＨまで低減された状態が経過時間１５０分まで維持された。一方、原料気体における二酸化炭素濃度が５２５～６００ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、約５０分経過時まで０ｐｐｍに近く、その後１５０分経過時まで徐々に上昇した。これらの結果から、ゼオライトは水分吸着性を有するが、同時に二酸化炭素も吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてゼオライトを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが生じると考えられた。
【0057】
［比較試験例２］
実施試験例１の装置において、吸湿材としてハスクレイに代えてアルミナゲル（活性アルミナＤ２０１、品番：００９１８５００、ユニオン昭和株式会社製、５～８メッシュ、ビーズ状粒子）を用いた。活性アルミナは、２００℃で乾燥し、カラム中に８５５．７４ｇ（１Ｌ）充填した。それ以外は実施試験例１と同様に試験を実施した。
実施試験例１の装置において、吸湿材としてハスクレイに代えてアルミナゲル（活性アルミナＤ２０１、品番：００９１８５００、ユニオン昭和株式会社製、５～８メッシュ、ビーズ状粒子）を用いた。活性アルミナは、２００℃で乾燥し、カラム中に８５５．７４ｇ（１Ｌ）充填した。それ以外は実施試験例１と同様に試験を実施した。
【0058】
＜結果＞
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図６］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図６］（ｂ）に、示す。［図６］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が８０～８５％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５～７％ＲＨ程度まで低減された状態が経過時間１２０分まで維持された。一方、原料気体における二酸化炭素濃度が４９０～５８０ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、約４０分経過時まで１０ｐｐｍ以下であり、その後１２０分経過時まで徐々に上昇したが、１２０分経過時にも２７０ｐｐｍ程度であった。これらの結果から、アルミナゲルは水分吸着性を有するが、同時に二酸化炭素も吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてアルミナゲルを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが生じると考えられた。
吸着塔の入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図６］（ａ）に、吸着塔の出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図６］（ｂ）に、示す。［図６］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、原料気体における相対湿度が８０～８５％ＲＨであったのに対して、吸着塔の出口側の相対湿度が５～７％ＲＨ程度まで低減された状態が経過時間１２０分まで維持された。一方、原料気体における二酸化炭素濃度が４９０～５８０ｐｐｍであったのに対して、吸着塔の出口側における二酸化炭素濃度は、約４０分経過時まで１０ｐｐｍ以下であり、その後１２０分経過時まで徐々に上昇したが、１２０分経過時にも２７０ｐｐｍ程度であった。これらの結果から、アルミナゲルは水分吸着性を有するが、同時に二酸化炭素も吸着することが確認された。ＤＡＣの前処理としてアルミナゲルを利用した場合、ＤＡＣ装置に供給する気体における二酸化炭素のロスが生じると考えられた。
【0059】
［実施試験例２］
以下の試験により、本開示にかかる前処理部再生工程（脱着工程）の実証を行った。
＜試験装置＞
試験装置の概要を［図３］（ｂ）に示す。［図３］（ｂ）に示すとおり、カラムに吸湿材を充填した吸着塔を構成し、吸着塔における水分および二酸化炭素の脱着を測定した。カラムは実施試験例１と同一のカラムを用いて、実施試験例１で水分を吸着させた後のカラムを脱着試験に供した。
吸着塔の入口側および出口側に二酸化炭素濃度計（おんどとりＴＲ－７６Ｕｉ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）および温湿度計（おんどとりＴＲ－７２ｎｗ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）を設置し、二酸化炭素濃度および温度、湿度を測定した。
以下の試験により、本開示にかかる前処理部再生工程（脱着工程）の実証を行った。
＜試験装置＞
試験装置の概要を［図３］（ｂ）に示す。［図３］（ｂ）に示すとおり、カラムに吸湿材を充填した吸着塔を構成し、吸着塔における水分および二酸化炭素の脱着を測定した。カラムは実施試験例１と同一のカラムを用いて、実施試験例１で水分を吸着させた後のカラムを脱着試験に供した。
吸着塔の入口側および出口側に二酸化炭素濃度計（おんどとりＴＲ－７６Ｕｉ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）および温湿度計（おんどとりＴＲ－７２ｎｗ－Ｓ、株式会社Ｔ＆Ｄ製）を設置し、二酸化炭素濃度および温度、湿度を測定した。
【0060】
＜試験方法＞
実施試験例１で吸着試験に用いたカラムに、窒素発生装置（Ｍ４ＮＴ－０．８－５、コフロック株式会社製）にて発生させた窒素ガスを導入した。原料気体の流量は１０．０Ｌ／ｍｉｎとした。
実施試験例１で吸着試験に用いたカラムに、窒素発生装置（Ｍ４ＮＴ－０．８－５、コフロック株式会社製）にて発生させた窒素ガスを導入した。原料気体の流量は１０．０Ｌ／ｍｉｎとした。
【0061】
＜試験結果＞
脱着入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図７］（ａ）に、脱着出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図７］（ｂ）に、それぞれ示す。［図７］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、温度が２２℃～２５℃程度、相対湿度が５％ＲＨ程度である窒素を送入すると、吸湿塔の出口側では相対湿度が８０～４０％ＲＨ程度である気体が排出されることが確認された。この結果から、ハスクレイは常温の乾燥空気によって水分の脱着が可能であり、常温常圧で前処理部の再生工程を実施可能であると考えられた。
脱着入口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図７］（ａ）に、脱着出口側における相対湿度および二酸化炭素濃度の経時変化を［図７］（ｂ）に、それぞれ示す。［図７］（ａ）、（ｂ）に示されるとおり、温度が２２℃～２５℃程度、相対湿度が５％ＲＨ程度である窒素を送入すると、吸湿塔の出口側では相対湿度が８０～４０％ＲＨ程度である気体が排出されることが確認された。この結果から、ハスクレイは常温の乾燥空気によって水分の脱着が可能であり、常温常圧で前処理部の再生工程を実施可能であると考えられた。
【0062】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0063】
１ 二酸化炭素回収システム、１０ 前処理部、１０Ａ 第１前処理ユニット、１０Ｂ 第２前処理ユニット、１１Ａ、１１Ｂ 収容容器、１２Ａ、１２Ｂ 吸湿材、２０ 二酸化炭素分離部、２１ 収容容器、２２ 二酸化炭素吸着剤、３０ 送風機、５１、５２、５３、５４、５５ 配管、５５Ａ、５５Ｂ 排気口、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、Ｖ８ 弁。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
