二酸化炭素回収装置
【課題】石炭や石油を燃焼させた場合に排出される排ガス中には水分が含まれ、この水分が二酸化炭素の吸着を阻害する。この水分の除去を少ないエネルギーで完全に行う事が必要である。
【解決手段】燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換ロータ１を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータ５に通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換ロータ１を通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータ５を水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにした。
【解決手段】燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換ロータ１を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータ５に通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換ロータ１を通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータ５を水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費エネルギーが小さく、効果的に二酸化炭素の回収を行える二酸化炭素回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策で、産業や家庭から排出される二酸化炭素をできるだけ削減しようとする取り組みが世界レベルで取り組まれている。これには、エネルギーを消費する機器を省エネルギーとなるように改良し、古い機器と置き換えるという取り組みをしている。また、発電などのエネルギーを生み出す機器としては、太陽光や風の力を用いた脱着可能エネルギーを利用したものを用いたり、火力発電所の発電効率を上げる改良を行ったり、火力発電所から排出される二酸化炭素を地中や深海に埋める技術が開発されつつある。
【０００３】
以上のような取り組みの中で、本件発明は特に火力発電所から排出される二酸化炭素を地中や深海に埋める技術に関する。
【０００４】
火力発電所としては、燃料に石油や天然ガスや石炭を用いるものが最も普及しており、これ以外には都市より排出されるゴミを焼却するもの等がある。このような火力発電所の中で、石炭を燃料として使用するものは、次のような特徴がある。即ち燃料が安価であり、石炭の世界的な埋蔵量は石油よりも遥かに多く、埋蔵場所も世界各地にあるため入手が容易であり、よって安定して電力を供給できるという特徴がある。
【０００５】
しかし、石炭は燃焼時に排出する二酸化炭素が石油や天然ガスと比較して多く、さらに硫化物も多いという欠点があった。さらに石炭だけでなく、重質の石油も石炭と同様の問題があった。このため、石炭や重質油を燃料とする発電所などでは、硫黄酸化物や窒素酸化物を除去する装置を設けて、環境汚染を防止している。
【０００６】
しかし硫黄酸化物や窒素酸化物などを除去して環境汚染を防止しても、依然として二酸化炭素を多量に排出し、地球の温暖化を促進するという問題があった。
【０００７】
この改善策として、排ガス中の二酸化炭素を分離し、二酸化炭素を地中や深海に埋めるという技術が開発されている。この二酸化炭素の分離の手段は種々提案されているが、その中で二酸化炭素の吸着剤を用いるものがある。その場合に二酸化炭素の吸着に際して、排ガス中の水分が吸着を阻害するという問題がある。
【０００８】
つまり、石炭や石油が燃焼すると、元素として含まれていた水素が燃えて水分が発生するとともに、排ガス中の窒素酸化物を除去する際に触媒によるアンモニア接触還元法で分解したり、硫黄酸化物を除去する際に、石灰を混ぜた液を排ガスにスプレー状に吹き付けるという手段を採っている。この手段によって排ガス中のＳＯｘと石灰が反応して石こうとなる湿式石灰・石膏法などが用いられたりしている。
【０００９】
以上の理由から、排ガス中に多量の湿分が含まれており、二酸化炭素がゼオライトなどの吸着剤に吸着されるのが阻害されるという問題がある。このため特許文献１に開示されたように、排ガス中の水分を除去する技術が開発された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２４２１６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７０３号公報
【発明の概要】
【００１１】
石炭や石油を燃焼させた場合に排出される排ガス中には水分が含まれ、この水分が二酸化炭素の吸着を阻害する。この水分の除去を少ないエネルギーで完全に行う事が必要である。このため、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換ロータを通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換ロータを通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータを水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにした。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示されたものは、発電所等の排ガスから二酸化炭素を分離するものであって、二酸化炭素の分離の前に排ガス中の水分を除去するものである。これによって二酸化炭素の分離が効率良く行われる。ここで本願発明が解決しようとする問題点は、排ガス中の水分を除去するためにエネルギーを消費するという点である。つまり地球温暖化防止のために二酸化炭素の排出を削減する手段がエネルギーを消費していては、あまり好ましいとは言えない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去し、二酸化炭素を除去したガスは全熱交換器のもう一方のゾーンに通して全熱交換器に吸着した水蒸気を脱着した上で大気へ放出する。二酸化炭素吸着ロータに吸着した二酸化炭素は脱着ゾーンにて水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の二酸化炭素回収装置は、排ガス中の水分を全熱交換器によって除去し、この水分を吸着した全熱交換器を二酸化炭素を除去した後の排ガスによって脱着するため、排ガス中の水分の除去にエネルギーを必要としないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例１のフロー図である。
【図２】図２は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例２のフロー図である。
【図３】図３は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例３のフロー図である。
【図４】図４は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例４のフロー図である。
【図５】図５は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例５のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
排ガス中の水分を除去し、二酸化炭素の除去効率を高め、この排ガス中の水分の除去をエネルギーを用いる事無く行い、省エネルギー効果を得るという目的のため、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去する。炭酸ガスを除去したガスは全熱交換器のもう一方のゾーンに通して全熱交換器の水蒸気を脱着した後大気へ放出する。二酸化炭素吸着ロータに吸着した二酸化炭素は、再生ゾーンにて水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにして実現した。
【実施例１】
【００１７】
図1は本発明の二酸化炭素除去装置を表すフロー図である。全熱交換ロータ１は既に多くの市販品があるが、技術的には日本特許第３００９０１８号に開示されたものなどが適する。つまり、アルミニウム・シートをハニカム状に形成し、そのシートの上に湿気吸着剤を担持し、最終的に回転可能なロータ状に形成されている。湿気吸着剤としては、日本特許第３００９０１８号に開示されたように、特定のイオン交換樹脂を粉砕したものが適するが、これに限定されるものではない。この実施例では幅が４００ｍｍの全熱交換ロータを用いた。
【００１８】
この全熱交換ロータ１は図１に示すように、ゾーン比１：１で２分割されている。つまり一方は吸着ゾーン２であり、他方は脱着ゾーン３である。そして、モータ（一般的であるので図示せず）によって回転し、吸着ゾーン２を通過するガスと、脱着ゾーン３を通過するガスとの間で湿度と顕熱との両方が交換される。吸着ゾーン２と脱着ゾーン３を通過する空気の量の比は１：１でも良いが、外気を導入して脱着側の風量を増せば吸着側の冷却、除湿効率が増すことができる。吸着ゾーン２には、例えば石炭火力発電所の排ガスが流される。つまり排ガス中の水分が全熱交換ロータ１によって除去され、温度も下がる。この全熱交換ロータ１の全熱交換効率は、空気量比１：２の場合９０パーセントである。
【００１９】
全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却される。冷却コイル４は冷凍機などで冷却された不凍液が流れ、ここを通過するガスを冷却するとともに、不凍液の温度が上昇する。つまり冷却コイル４はガスと不凍液との間で顕熱交換を行う、熱交換器である。
【００２０】
二酸化炭素吸着ロータ５はシートをハニカム状に形成し、そのシートの上に二酸化炭素吸着剤を担持し、最終的に回転可能なロータ状に形成されている。ここで二酸化炭素吸着剤として合成ゼオライトを用いた。これ以外にシリカゲル又は活性アルミナなども適する。
【００２１】
二酸化炭素吸着ロータ５は、吸着ゾーン６、脱着ゾーン７、パージゾーン８の３つのゾーンに分割されている。吸着ゾーン６には冷却コイル４によって冷却されたガスが通過する。つまりこの吸着ゾーン６を通過するガスは全熱交換ロータ１によって湿気が除去され乾燥し、冷却コイル４によって冷却されている。
【００２２】
吸着ゾーン６を通過する際に、ガスに含まれる二酸化炭素が二酸化炭素吸着ロータ５に吸着され、主に窒素と酸素となって二酸化炭素吸着ロータ５から排出される。
【００２３】
またこの二酸化炭素吸着ロータ５から排出されたガスの一部は熱交換器９によって冷却され、パージゾーン８を通過することによって二酸化炭素吸着ロータ５を冷却する。パージゾーン８を通過したガスは大気放出される。
【００２４】
二酸化炭素吸着ロータ５から排出されたガスの残りは全熱交換ロータ１の脱着ゾーン３を通過することによって全熱交換ロータ１に吸着された水分を脱着し、大気放出される。
【００２５】
二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン７には、蒸気加熱器（一般的であるので図示せず）によって加熱された二酸化炭素を通し、吸着された二酸化炭素を脱着する。
【００２６】
脱着ゾーン７を出て濃縮された二酸化炭素は、深海や枯れた油田、或いは地下の帯水層に注入することによって大気に放出される二酸化炭素の量を減らすことができる。
【００２７】
以上の説明の本発明実施例１のものは、火力発電所などから出た排気中の二酸化炭素を、二酸化炭素吸着ロータ５によって吸着濃縮する前に全熱交換ロータ１によって除湿しているため、二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される水分が少なく、二酸化炭素の脱着に要するエネルギーが少なくなる。つまり二酸化炭素吸着ロータ５に水分が吸着されていると、水分の脱着にエネルギーが奪われてしまうという問題がある。
【００２８】
さらに全熱交換ロータ１による排気の除湿には、特段のエネルギーを加える必要がなく、システム全体でエネルギーの消費が少なくなる。しかも二酸化炭素吸着ロータ５に水分が吸着されないため、二酸化炭素の吸着率が高くなる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の実施例２は図２に示される。ここで図１の実施例１のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。全熱交換ロータ１には２つのパージゾーン１０、１１が設けられ、その２つのパージゾーン１０、１１の間は管路１２によって環状に結ばれている。ここで全熱交換ロータ１としては、幅４００mmの物を用い、吸着ゾーン２と脱着ゾーン３とを通過する風量比を１：２とした。この場合の全熱交換効率は９０パーセントであった。
【００３０】
また管路１２には、この中の空気を循環させるブロア１３が設けられている。なお図２の全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２と脱着ゾーン３は上下逆の位置になっているが、それぞれ機能は図１のものと図２のもので同一である。
【００３１】
全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却される。冷却コイル４は冷凍機などで冷却された不凍液が流れ、ここを通過するガスを冷却するとともに、不凍液の温度が上昇する。つまり冷却コイル４はガスと不凍液との間で顕熱交換を行う、熱交換器である。
【００３２】
低温再生除湿ロータ１４はシリカゲルや合成ゼオライト或いは国際公開２００５／０９０４１７号に記載された合成吸着剤を有するもので、脱着ゾーン１５と吸着ゾーン１６とに２分割されている。そして冷却コイル４を出たガスが吸着ゾーン１６を通過するように構成されている。
【００３３】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を通過し、ヒータ１７によって加熱されて低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過する。低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過したガスは大気放出される。
【００３４】
また低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスの一部は分岐され、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、ヒータ１９を通過して二酸化炭素吸着ロータ５の第２脱着ゾーン２０を通過し、第２脱着ゾーン２０を通過したガスは大気放出される。
【００３５】
二酸化炭素吸着ロータ５の第１脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２からの蒸気が送られる。第１脱着ゾーン２１を通過した蒸気とガスは地中埋設のために地中へ送られる。
【００３６】
以上の構成の本発明の実施例２のものの動作を以下説明する。発電所からの排気には、二酸化炭素とともに石炭や石油などの燃料中の水素が燃えるため水蒸気が含まれる。この排ガスが全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過する際に、排ガス中の水蒸気の一部が全熱交換ロータ１に吸着される。そして全熱交換ロータ１に吸着された水蒸気は脱着ゾーン３を通過する外気によって脱着される。
【００３７】
また全熱交換ロータ１には一対のパージゾーン１０、１１が設けられ、この間を空気が循環ブロア１３によって循環している。このため全熱交換ロータ１のある点について着目すると、その部分が吸着ゾーン２を通過し終わった時点で、全熱交換ロータ１を構成するハニカム体にガスが残留している。そして、この残留ガスはパージゾーン１１で循環空気によって吐き出され、パージゾーン１０へと移動する。パージゾーン１０を通過し終わった時点で、このハニカム体の中に残ったガスは、発電所から送られたガスとともに吸着ゾーン２から出て行く。このようにして、一対のパージゾーン１０、１１及びその間を循環する管路の作用によって、発電所から送られた排ガスが全熱交換に際して脱着ゾーン３へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００３８】
この全熱交換ロータ１の作用による排ガス中の水蒸気の除去には、外気を送るブロア（図示せず）とパージゾーン１０、１１を循環する空気の循環ブロア１３の消費するエネルギー以外のエネルギーは必要としない。実験の結果、発電所からの排ガスの温度が摂氏４５度で、絶対湿度６０ｇ／ｋｇであったが、吸着ゾーン２を出たガスの温度は摂氏３１度、絶対湿度２０ｇ／ｋｇとなった。
【００３９】
吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却され、結露によって絶対湿度が下がり、冷却コイル４の出口では、温度が摂氏１０度、絶対湿度７ｇ／ｋｇとなった。この低温乾燥ガスは低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過し、吸着熱で温度が上昇するとともに、より乾燥したガスとなる。吸着ゾーン１６の出口のガスの実測値は温度摂氏３１度、絶対湿度０．８ｇ／ｋｇであった。
【００４０】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、僅かに残った水蒸気が二酸化炭素とともに二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。この時、ガス中には水蒸気が極めて少なく、ガス中の水蒸気が二酸化炭素の吸着を阻害せず、効率的に二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。なお、二酸化炭素吸着ロータ５は後述の蒸気脱着によって水蒸気を含んでおり、これによって吸着ゾーン６を通過したガスは多少加湿され、絶対湿度が２ｇ／ｋｇとなる。
【００４１】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を通過し、二酸化炭素の除去されたガスは成分が主に窒素と、希薄になった酸素となる。このガスはヒータ１７によって摂氏６０度まで加熱される。
【００４２】
ヒータ１７によって摂氏６０度まで加熱されたガスは、低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過し、低温再生除湿ロータ１４に吸着された水蒸気を脱着する。低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過したガスの温度は摂氏３９度まで下がり、絶対湿度は８．３ｇ／ｋｇとなる。このガスは上記のとおり二酸化炭素が除去されており、大気放出する。
【００４３】
二酸化炭素吸着ロータ５の第１脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２から水蒸気が送られる。すると二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６で吸着された二酸化炭素と水蒸気とが置換される。つまり二酸化炭素吸着ロータ５の吸着剤の吸着作用が二酸化炭素よりも水蒸気の方が強い場合、水蒸気を吸着することによって、それまで吸着していた二酸化炭素を放出する。
【００４４】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着剤としてシリカゲルや合成ゼオライトを用いた場合には、二酸化炭素よりも水蒸気の方が吸着作用が強く、上記の現象が発生する。
【００４５】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスの一部は分岐され、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、二酸化炭素吸着ロータ５を冷却する。パージゾーン１８を通過したガスは温度が上昇し、さらにヒータ１９によって加熱され二酸化炭素吸着ロータ５の第２脱着ゾーン２０を通過し、蒸気脱着によって二酸化炭素吸着ロータ５に吸着された水分を脱着する。第２脱着ゾーン２０を通過したガスは大気放出される。このようにして二酸化炭素吸着ロータ５は、水分の脱着された後にパージゾーン１８を通過し吸着ゾーン６へと進む。つまり吸着ゾーン６では二酸化炭素吸着ロータ５は乾燥しており、二酸化炭素の吸着作用が強く発揮される。
【００４６】
以上の説明のとおり、この実施例のものは少ないエネルギーで二酸化炭素の濃縮効果が高く、よって発電所や製鉄所など二酸化炭素の発生量の多いサイトの排出二酸化炭素を濃縮し、地中埋設や深海への閉じ込めなど効果的に行う事ができる。
【実施例３】
【００４７】
本発明の実施例３は図３に示される。ここで図１の実施例１のもの及び図２の実施例２のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例３のものは実施例２のものと比較して、顕熱交換ロータ２３が追加され二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を二酸化炭素を含むガスが２回通過するように循環路２６が形成され、循環の際にこのガスを冷却するように冷却コイル２７が設けられている。そして、このガスが吸着ゾーン６を２回通過した後にパージゾーン１８を通過するようになっている。
【００４８】
顕熱交換ロータ２３は全熱交換ロータ１のように湿気吸着剤を有しておらず、例えばアルミニウム・シートをハニカム状に形成し、回転可能なロータ状に形成されている。そして顕熱交換ロータ２３は、吸熱ゾーン２４と放熱ゾーン２５とを有し、吸熱ゾーン２４を通過するガスから顕熱を奪い、その顕熱を放熱ゾーンを通過するガスに与えるものである。
【００４９】
また顕熱交換ロータ２３には、全熱交換ロータ１と同様２つのパージゾーン２８、２９が設けられ、その２つのパージゾーン２８、２９間は管路３０によって環状に結ばれている。そして２つのパージゾーン２８、２９と管路３０内の空気が循環ブロア１３によって循環している。このため顕熱交換ロータ２３のある点について着目すると、その部分が吸熱ゾーン２４を通過し終わった時点で、顕熱交換ロータ２３を構成するハニカム体にガスが残留している。そして、この残留ガスはパージゾーン２８で循環空気によって吐き出され、パージゾーン２９へと移動する。パージゾーン２９を通過し終わった時点で、このハニカム体の中に残ったガスは、発電所から送られたガスとともに吸熱ゾーン２４から出て行く。このようにして、一対のパージゾーン２８、２９及びその間を循環する管路３０の作用によって、発電所から送られた排ガスが顕熱交換に際して放熱ゾーン２５へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５０】
本発明の実施例３のものは以上のように構成され、以下その動作について説明する。発電所から排出されたガスは外気よりも温度が高い。そのガスから水蒸気を除去する場合に温度が低いほど吸着剤の作用が強いため温度を下げる必要がある。温度を下げるために冷凍機を用いるとエネルギーを多く消費する。こここで本発明の実施例３のものは、発電所から排出されたガスと外気との間で、顕熱交換ロータ２３によって顕熱交換を行う。
【００５１】
これによって発電所から排出されたガスは温度が下がる。この熱交換に際して２つのパージゾーン２８、２９が設けられ、その２つのパージゾーン２８、２９間は管路３０によって環状に結ばれているため、発電所から送られた排ガスが顕熱交換に際して放熱ゾーン２５へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５２】
次に発電所から排出されたガスは全熱交換ロータ１に入り、外気と全熱交換を行い、温度と湿度とが下がる。例えば外気が摂氏３０度で絶対湿度が１６g/kgであった場合、全熱交換によって発電所から排出されたガスは摂氏３１度で絶対湿度が２０g/kgとなる。全熱交換ロータ１には一対のパージゾーン１０、１１が設けられ、この間を空気が循環ブロア１３によって循環しているため発電所から送られた排ガスが全熱交換に際して脱着ゾーン３へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５３】
このようにして温度と湿度の下がったガスは、冷却コイル４を通過することによってさらに温度と湿度が下がる。例えば冷却コイル４を通過したガスの温度が摂氏１０度、絶対湿度７g/kgとなり、低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６へ入る。この吸着ゾーン１６を通過することによって、ガスは例えば摂氏４０．７度、絶対湿度０．９g/kgの乾燥した状態となる。ここでガスの温度が上昇しているのは、吸着熱によるものである。顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５を通過して例えば摂氏８０度まで温度の上昇した外気は、ヒータ１７によって例えば摂氏１４０度まで温度を上げられて低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５に送られる。これによって低温再生除湿ロータ１４に吸着された湿気は脱着される。
【００５４】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、僅かに残った水蒸気が二酸化炭素とともに二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。この時、ガス中には水蒸気が極めて少なく、ガス中の水蒸気が二酸化炭素の吸着を阻害せず、効率的に二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスは、循環路２６を介して冷却コイル２７に入り、冷却されて吸着熱が除去される。冷却コイル２７を出たガスは再度二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、二酸化炭素が吸着される。このようにして、図３の実施例ではガスは二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を２回通過する。
【００５５】
吸着ゾーン６で二酸化炭素吸着ロータ５に二酸化炭素が吸着され、脱着ゾーン２１へと移動する。この脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２から水蒸気が送られる。二酸化炭素吸着ロータ５に担持されたＡ型シリカゲルや合成ゼオライトは、二酸化炭素よりも水蒸気の方が吸着作用が強い。このため、吸着していた二酸化炭素を放出して、水蒸気を吸着する。このため脱着ゾーン２１の出口側では、過剰の水蒸気とともに二酸化炭素が濃縮されて出てくる。このようにして濃縮された二酸化炭素は、地中埋設や深海への投入などの処分がなされる。ここで必要に応じて脱着ゾーン２１の出口側から入口側への循環路を設けてもよい。
【００５６】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスは、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、温度が上昇し、ヒータ１９によってさらに温度が上昇して二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２０を通過する。これによって二酸化炭素吸着ロータ５に二酸化炭素と置換吸着された水蒸気が脱着される。この脱着された水蒸気には二酸化炭素の含有量が少なく、大気放出される。
【実施例４】
【００５７】
本発明の実施例４は図４に示される。ここで図１〜３の実施例１〜３のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例４のものは実施例３のものと比較して、次の点が相違している。先ず発電所から出たガスは顕熱交換ロータ２３によって外気と熱交換するのではなく、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスと熱交換する。つまり吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスの全量を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通す。
【００５８】
そしてこの熱交換によって温度の上昇した二酸化炭素除去ガスを低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５へ導き、低温再生除湿ロータ１４に吸着された水分の脱着を行う。これによって低温再生除湿ロータ１４の水分の脱着には火力発電所の排ガスの持つ熱エネルギーを用いて行い、排ガス中の水分の除去に他のエネルギーを用いることがないため、全体として省エネルギーとなる。
【００５９】
以上の説明では、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスの全量を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通すようにしたが、図４の破線で示すように、二酸化炭素除去ガスの一部を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通し、残りを冷却コイル２７を介して二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に戻してもよい。この場合は二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスの一部が、吸着熱を除去されながら吸着ゾーン６に戻るため、吸着ゾーン６を出たガス中の二酸化炭素濃度がより低くなる。
【００６０】
本発明の実施例５は図５に示される。ここで図１〜４の実施例１〜４のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例５のものは実施例４のものと比較して、次の点が相違している。つまり第２全熱交換ロータ３１が追加され、この第２全熱交換ロータ３１は上半分が脱着ゾーン３２であり、下半分が吸着ゾーン３３である。またこの第２全熱交換ロータ３１も全熱交換ロータ１と同様、２つのパージゾーン３４，３５を有し、この２つのパージゾーン３４，３５間は管路３６によって環状に結ばれている。そして２つのパージゾーン３４、３５と管路３６内のガスが循環ブロア３７によって循環している。
【００６１】
また第２全熱交換ロータ３１の吸着ゾーン３３は、顕熱交換ロータ２３の吸熱ゾーン２４を出たガスが通過し、第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２は、二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１との間で循環路３８が形成されている。この循環路３８の任意の場所に、ガスの循環のためのブロアが設置されるが、ブロアは図示しない。さらにこの実施例のものは蒸気発生装置２２が設けられていない。
【００６２】
以上のように構成された実施例５のものは、発電所から排出された排ガスが先ず、顕熱交換ロータ２３の吸熱ゾーン２４を通過し、放熱ゾーン２５を通過する外気との間で熱交換を行い、温度が下がる。熱交換によって温度の上昇した外気は、ヒータ１７を通過してさらに温度が上昇し低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過する。
【００６３】
顕熱交換ロータ２３を通過して温度の下がった排ガスは、第２全熱交換ロータ３１の吸着ゾーン３３を通過し、熱と水分が除去される。一方、第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２を通過するガスは、ここで熱と水分とが与えられる。これによって温度と湿度の上昇したガスは循環路３８を介して二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１を通過する。この時にガスの温度と湿度によって、二酸化炭素吸着ロータ５に吸着された二酸化炭素が置換脱着される。
【００６４】
二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１を通過した後のガスは二酸化炭素濃度が高くなっており、この一部を取り出し、二酸化炭素処理施設へ送る。残りのガスは再び第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２へと送られる。
【００６５】
この実施例５のものは、排ガスの持つ熱エネルギーのうち、顕熱部分を低温再生除湿ロータ１４の脱着に利用し、潜熱部分を二酸化炭素吸着ロータ５の脱着に用いるため、極めてエネルギー利用効率が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の二酸化炭素回収装置は、少ない消費エネルギーで二酸化炭素の濃縮を行う事ができ、さらに水分を多く含むガスからでも効果的に二酸化炭素の濃縮を行うことができるため、発電所などの排ガスから二酸化炭素を濃縮除去する場合に適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 全熱交換ロータ
２ 吸着ゾーン
３ 脱着ゾーン
４ 冷却コイル
５ 二酸化炭素吸着ロータ
６ 吸着ゾーン
７ 脱着ゾーン
８ パージゾーン
９ 熱交換器
１０ パージゾーン
１１ パージゾーン
１２ 管路
１３ 循環ブロア
１４ 低温再生除湿ロータ
１５ 脱着ゾーン
１６ 吸着ゾーン
１７ ヒータ
１８ パージゾーン
１９ ヒータ
２０ 脱着ゾーン
２１ 脱着ゾーン
２２ 蒸気発生装置
２３ 顕熱交換ロータ
２４ 吸熱ゾーン
２５ 放熱ゾーン
２６ 循環路
２７ 冷却コイル
２８ パージゾーン
２９ パージゾーン
３０ 管路
３１ 第２全熱交換ロータ
３２ 脱着ゾーン
３３ 吸着ゾーン
３４ パージゾーン
３５ パージゾーン
３６ 管路
３７ 循環ブロア
３８ 循環路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費エネルギーが小さく、効果的に二酸化炭素の回収を行える二酸化炭素回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策で、産業や家庭から排出される二酸化炭素をできるだけ削減しようとする取り組みが世界レベルで取り組まれている。これには、エネルギーを消費する機器を省エネルギーとなるように改良し、古い機器と置き換えるという取り組みをしている。また、発電などのエネルギーを生み出す機器としては、太陽光や風の力を用いた脱着可能エネルギーを利用したものを用いたり、火力発電所の発電効率を上げる改良を行ったり、火力発電所から排出される二酸化炭素を地中や深海に埋める技術が開発されつつある。
【０００３】
以上のような取り組みの中で、本件発明は特に火力発電所から排出される二酸化炭素を地中や深海に埋める技術に関する。
【０００４】
火力発電所としては、燃料に石油や天然ガスや石炭を用いるものが最も普及しており、これ以外には都市より排出されるゴミを焼却するもの等がある。このような火力発電所の中で、石炭を燃料として使用するものは、次のような特徴がある。即ち燃料が安価であり、石炭の世界的な埋蔵量は石油よりも遥かに多く、埋蔵場所も世界各地にあるため入手が容易であり、よって安定して電力を供給できるという特徴がある。
【０００５】
しかし、石炭は燃焼時に排出する二酸化炭素が石油や天然ガスと比較して多く、さらに硫化物も多いという欠点があった。さらに石炭だけでなく、重質の石油も石炭と同様の問題があった。このため、石炭や重質油を燃料とする発電所などでは、硫黄酸化物や窒素酸化物を除去する装置を設けて、環境汚染を防止している。
【０００６】
しかし硫黄酸化物や窒素酸化物などを除去して環境汚染を防止しても、依然として二酸化炭素を多量に排出し、地球の温暖化を促進するという問題があった。
【０００７】
この改善策として、排ガス中の二酸化炭素を分離し、二酸化炭素を地中や深海に埋めるという技術が開発されている。この二酸化炭素の分離の手段は種々提案されているが、その中で二酸化炭素の吸着剤を用いるものがある。その場合に二酸化炭素の吸着に際して、排ガス中の水分が吸着を阻害するという問題がある。
【０００８】
つまり、石炭や石油が燃焼すると、元素として含まれていた水素が燃えて水分が発生するとともに、排ガス中の窒素酸化物を除去する際に触媒によるアンモニア接触還元法で分解したり、硫黄酸化物を除去する際に、石灰を混ぜた液を排ガスにスプレー状に吹き付けるという手段を採っている。この手段によって排ガス中のＳＯｘと石灰が反応して石こうとなる湿式石灰・石膏法などが用いられたりしている。
【０００９】
以上の理由から、排ガス中に多量の湿分が含まれており、二酸化炭素がゼオライトなどの吸着剤に吸着されるのが阻害されるという問題がある。このため特許文献１に開示されたように、排ガス中の水分を除去する技術が開発された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２４２１６０号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４７０３号公報
【発明の概要】
【００１１】
石炭や石油を燃焼させた場合に排出される排ガス中には水分が含まれ、この水分が二酸化炭素の吸着を阻害する。この水分の除去を少ないエネルギーで完全に行う事が必要である。このため、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換ロータを通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換ロータを通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータを水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにした。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示されたものは、発電所等の排ガスから二酸化炭素を分離するものであって、二酸化炭素の分離の前に排ガス中の水分を除去するものである。これによって二酸化炭素の分離が効率良く行われる。ここで本願発明が解決しようとする問題点は、排ガス中の水分を除去するためにエネルギーを消費するという点である。つまり地球温暖化防止のために二酸化炭素の排出を削減する手段がエネルギーを消費していては、あまり好ましいとは言えない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去し、二酸化炭素を除去したガスは全熱交換器のもう一方のゾーンに通して全熱交換器に吸着した水蒸気を脱着した上で大気へ放出する。二酸化炭素吸着ロータに吸着した二酸化炭素は脱着ゾーンにて水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の二酸化炭素回収装置は、排ガス中の水分を全熱交換器によって除去し、この水分を吸着した全熱交換器を二酸化炭素を除去した後の排ガスによって脱着するため、排ガス中の水分の除去にエネルギーを必要としないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例１のフロー図である。
【図２】図２は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例２のフロー図である。
【図３】図３は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例３のフロー図である。
【図４】図４は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例４のフロー図である。
【図５】図５は本発明の二酸化炭素回収装置の実施例５のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
排ガス中の水分を除去し、二酸化炭素の除去効率を高め、この排ガス中の水分の除去をエネルギーを用いる事無く行い、省エネルギー効果を得るという目的のため、燃焼装置の発生する排ガスを、先ず全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去する。炭酸ガスを除去したガスは全熱交換器のもう一方のゾーンに通して全熱交換器の水蒸気を脱着した後大気へ放出する。二酸化炭素吸着ロータに吸着した二酸化炭素は、再生ゾーンにて水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにして実現した。
【実施例１】
【００１７】
図1は本発明の二酸化炭素除去装置を表すフロー図である。全熱交換ロータ１は既に多くの市販品があるが、技術的には日本特許第３００９０１８号に開示されたものなどが適する。つまり、アルミニウム・シートをハニカム状に形成し、そのシートの上に湿気吸着剤を担持し、最終的に回転可能なロータ状に形成されている。湿気吸着剤としては、日本特許第３００９０１８号に開示されたように、特定のイオン交換樹脂を粉砕したものが適するが、これに限定されるものではない。この実施例では幅が４００ｍｍの全熱交換ロータを用いた。
【００１８】
この全熱交換ロータ１は図１に示すように、ゾーン比１：１で２分割されている。つまり一方は吸着ゾーン２であり、他方は脱着ゾーン３である。そして、モータ（一般的であるので図示せず）によって回転し、吸着ゾーン２を通過するガスと、脱着ゾーン３を通過するガスとの間で湿度と顕熱との両方が交換される。吸着ゾーン２と脱着ゾーン３を通過する空気の量の比は１：１でも良いが、外気を導入して脱着側の風量を増せば吸着側の冷却、除湿効率が増すことができる。吸着ゾーン２には、例えば石炭火力発電所の排ガスが流される。つまり排ガス中の水分が全熱交換ロータ１によって除去され、温度も下がる。この全熱交換ロータ１の全熱交換効率は、空気量比１：２の場合９０パーセントである。
【００１９】
全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却される。冷却コイル４は冷凍機などで冷却された不凍液が流れ、ここを通過するガスを冷却するとともに、不凍液の温度が上昇する。つまり冷却コイル４はガスと不凍液との間で顕熱交換を行う、熱交換器である。
【００２０】
二酸化炭素吸着ロータ５はシートをハニカム状に形成し、そのシートの上に二酸化炭素吸着剤を担持し、最終的に回転可能なロータ状に形成されている。ここで二酸化炭素吸着剤として合成ゼオライトを用いた。これ以外にシリカゲル又は活性アルミナなども適する。
【００２１】
二酸化炭素吸着ロータ５は、吸着ゾーン６、脱着ゾーン７、パージゾーン８の３つのゾーンに分割されている。吸着ゾーン６には冷却コイル４によって冷却されたガスが通過する。つまりこの吸着ゾーン６を通過するガスは全熱交換ロータ１によって湿気が除去され乾燥し、冷却コイル４によって冷却されている。
【００２２】
吸着ゾーン６を通過する際に、ガスに含まれる二酸化炭素が二酸化炭素吸着ロータ５に吸着され、主に窒素と酸素となって二酸化炭素吸着ロータ５から排出される。
【００２３】
またこの二酸化炭素吸着ロータ５から排出されたガスの一部は熱交換器９によって冷却され、パージゾーン８を通過することによって二酸化炭素吸着ロータ５を冷却する。パージゾーン８を通過したガスは大気放出される。
【００２４】
二酸化炭素吸着ロータ５から排出されたガスの残りは全熱交換ロータ１の脱着ゾーン３を通過することによって全熱交換ロータ１に吸着された水分を脱着し、大気放出される。
【００２５】
二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン７には、蒸気加熱器（一般的であるので図示せず）によって加熱された二酸化炭素を通し、吸着された二酸化炭素を脱着する。
【００２６】
脱着ゾーン７を出て濃縮された二酸化炭素は、深海や枯れた油田、或いは地下の帯水層に注入することによって大気に放出される二酸化炭素の量を減らすことができる。
【００２７】
以上の説明の本発明実施例１のものは、火力発電所などから出た排気中の二酸化炭素を、二酸化炭素吸着ロータ５によって吸着濃縮する前に全熱交換ロータ１によって除湿しているため、二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される水分が少なく、二酸化炭素の脱着に要するエネルギーが少なくなる。つまり二酸化炭素吸着ロータ５に水分が吸着されていると、水分の脱着にエネルギーが奪われてしまうという問題がある。
【００２８】
さらに全熱交換ロータ１による排気の除湿には、特段のエネルギーを加える必要がなく、システム全体でエネルギーの消費が少なくなる。しかも二酸化炭素吸着ロータ５に水分が吸着されないため、二酸化炭素の吸着率が高くなる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の実施例２は図２に示される。ここで図１の実施例１のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。全熱交換ロータ１には２つのパージゾーン１０、１１が設けられ、その２つのパージゾーン１０、１１の間は管路１２によって環状に結ばれている。ここで全熱交換ロータ１としては、幅４００mmの物を用い、吸着ゾーン２と脱着ゾーン３とを通過する風量比を１：２とした。この場合の全熱交換効率は９０パーセントであった。
【００３０】
また管路１２には、この中の空気を循環させるブロア１３が設けられている。なお図２の全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２と脱着ゾーン３は上下逆の位置になっているが、それぞれ機能は図１のものと図２のもので同一である。
【００３１】
全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却される。冷却コイル４は冷凍機などで冷却された不凍液が流れ、ここを通過するガスを冷却するとともに、不凍液の温度が上昇する。つまり冷却コイル４はガスと不凍液との間で顕熱交換を行う、熱交換器である。
【００３２】
低温再生除湿ロータ１４はシリカゲルや合成ゼオライト或いは国際公開２００５／０９０４１７号に記載された合成吸着剤を有するもので、脱着ゾーン１５と吸着ゾーン１６とに２分割されている。そして冷却コイル４を出たガスが吸着ゾーン１６を通過するように構成されている。
【００３３】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を通過し、ヒータ１７によって加熱されて低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過する。低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過したガスは大気放出される。
【００３４】
また低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスの一部は分岐され、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、ヒータ１９を通過して二酸化炭素吸着ロータ５の第２脱着ゾーン２０を通過し、第２脱着ゾーン２０を通過したガスは大気放出される。
【００３５】
二酸化炭素吸着ロータ５の第１脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２からの蒸気が送られる。第１脱着ゾーン２１を通過した蒸気とガスは地中埋設のために地中へ送られる。
【００３６】
以上の構成の本発明の実施例２のものの動作を以下説明する。発電所からの排気には、二酸化炭素とともに石炭や石油などの燃料中の水素が燃えるため水蒸気が含まれる。この排ガスが全熱交換ロータ１の吸着ゾーン２を通過する際に、排ガス中の水蒸気の一部が全熱交換ロータ１に吸着される。そして全熱交換ロータ１に吸着された水蒸気は脱着ゾーン３を通過する外気によって脱着される。
【００３７】
また全熱交換ロータ１には一対のパージゾーン１０、１１が設けられ、この間を空気が循環ブロア１３によって循環している。このため全熱交換ロータ１のある点について着目すると、その部分が吸着ゾーン２を通過し終わった時点で、全熱交換ロータ１を構成するハニカム体にガスが残留している。そして、この残留ガスはパージゾーン１１で循環空気によって吐き出され、パージゾーン１０へと移動する。パージゾーン１０を通過し終わった時点で、このハニカム体の中に残ったガスは、発電所から送られたガスとともに吸着ゾーン２から出て行く。このようにして、一対のパージゾーン１０、１１及びその間を循環する管路の作用によって、発電所から送られた排ガスが全熱交換に際して脱着ゾーン３へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００３８】
この全熱交換ロータ１の作用による排ガス中の水蒸気の除去には、外気を送るブロア（図示せず）とパージゾーン１０、１１を循環する空気の循環ブロア１３の消費するエネルギー以外のエネルギーは必要としない。実験の結果、発電所からの排ガスの温度が摂氏４５度で、絶対湿度６０ｇ／ｋｇであったが、吸着ゾーン２を出たガスの温度は摂氏３１度、絶対湿度２０ｇ／ｋｇとなった。
【００３９】
吸着ゾーン２を通過したガスは冷却コイル４によって冷却され、結露によって絶対湿度が下がり、冷却コイル４の出口では、温度が摂氏１０度、絶対湿度７ｇ／ｋｇとなった。この低温乾燥ガスは低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過し、吸着熱で温度が上昇するとともに、より乾燥したガスとなる。吸着ゾーン１６の出口のガスの実測値は温度摂氏３１度、絶対湿度０．８ｇ／ｋｇであった。
【００４０】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、僅かに残った水蒸気が二酸化炭素とともに二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。この時、ガス中には水蒸気が極めて少なく、ガス中の水蒸気が二酸化炭素の吸着を阻害せず、効率的に二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。なお、二酸化炭素吸着ロータ５は後述の蒸気脱着によって水蒸気を含んでおり、これによって吸着ゾーン６を通過したガスは多少加湿され、絶対湿度が２ｇ／ｋｇとなる。
【００４１】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を通過し、二酸化炭素の除去されたガスは成分が主に窒素と、希薄になった酸素となる。このガスはヒータ１７によって摂氏６０度まで加熱される。
【００４２】
ヒータ１７によって摂氏６０度まで加熱されたガスは、低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過し、低温再生除湿ロータ１４に吸着された水蒸気を脱着する。低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過したガスの温度は摂氏３９度まで下がり、絶対湿度は８．３ｇ／ｋｇとなる。このガスは上記のとおり二酸化炭素が除去されており、大気放出する。
【００４３】
二酸化炭素吸着ロータ５の第１脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２から水蒸気が送られる。すると二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６で吸着された二酸化炭素と水蒸気とが置換される。つまり二酸化炭素吸着ロータ５の吸着剤の吸着作用が二酸化炭素よりも水蒸気の方が強い場合、水蒸気を吸着することによって、それまで吸着していた二酸化炭素を放出する。
【００４４】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着剤としてシリカゲルや合成ゼオライトを用いた場合には、二酸化炭素よりも水蒸気の方が吸着作用が強く、上記の現象が発生する。
【００４５】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスの一部は分岐され、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、二酸化炭素吸着ロータ５を冷却する。パージゾーン１８を通過したガスは温度が上昇し、さらにヒータ１９によって加熱され二酸化炭素吸着ロータ５の第２脱着ゾーン２０を通過し、蒸気脱着によって二酸化炭素吸着ロータ５に吸着された水分を脱着する。第２脱着ゾーン２０を通過したガスは大気放出される。このようにして二酸化炭素吸着ロータ５は、水分の脱着された後にパージゾーン１８を通過し吸着ゾーン６へと進む。つまり吸着ゾーン６では二酸化炭素吸着ロータ５は乾燥しており、二酸化炭素の吸着作用が強く発揮される。
【００４６】
以上の説明のとおり、この実施例のものは少ないエネルギーで二酸化炭素の濃縮効果が高く、よって発電所や製鉄所など二酸化炭素の発生量の多いサイトの排出二酸化炭素を濃縮し、地中埋設や深海への閉じ込めなど効果的に行う事ができる。
【実施例３】
【００４７】
本発明の実施例３は図３に示される。ここで図１の実施例１のもの及び図２の実施例２のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例３のものは実施例２のものと比較して、顕熱交換ロータ２３が追加され二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を二酸化炭素を含むガスが２回通過するように循環路２６が形成され、循環の際にこのガスを冷却するように冷却コイル２７が設けられている。そして、このガスが吸着ゾーン６を２回通過した後にパージゾーン１８を通過するようになっている。
【００４８】
顕熱交換ロータ２３は全熱交換ロータ１のように湿気吸着剤を有しておらず、例えばアルミニウム・シートをハニカム状に形成し、回転可能なロータ状に形成されている。そして顕熱交換ロータ２３は、吸熱ゾーン２４と放熱ゾーン２５とを有し、吸熱ゾーン２４を通過するガスから顕熱を奪い、その顕熱を放熱ゾーンを通過するガスに与えるものである。
【００４９】
また顕熱交換ロータ２３には、全熱交換ロータ１と同様２つのパージゾーン２８、２９が設けられ、その２つのパージゾーン２８、２９間は管路３０によって環状に結ばれている。そして２つのパージゾーン２８、２９と管路３０内の空気が循環ブロア１３によって循環している。このため顕熱交換ロータ２３のある点について着目すると、その部分が吸熱ゾーン２４を通過し終わった時点で、顕熱交換ロータ２３を構成するハニカム体にガスが残留している。そして、この残留ガスはパージゾーン２８で循環空気によって吐き出され、パージゾーン２９へと移動する。パージゾーン２９を通過し終わった時点で、このハニカム体の中に残ったガスは、発電所から送られたガスとともに吸熱ゾーン２４から出て行く。このようにして、一対のパージゾーン２８、２９及びその間を循環する管路３０の作用によって、発電所から送られた排ガスが顕熱交換に際して放熱ゾーン２５へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５０】
本発明の実施例３のものは以上のように構成され、以下その動作について説明する。発電所から排出されたガスは外気よりも温度が高い。そのガスから水蒸気を除去する場合に温度が低いほど吸着剤の作用が強いため温度を下げる必要がある。温度を下げるために冷凍機を用いるとエネルギーを多く消費する。こここで本発明の実施例３のものは、発電所から排出されたガスと外気との間で、顕熱交換ロータ２３によって顕熱交換を行う。
【００５１】
これによって発電所から排出されたガスは温度が下がる。この熱交換に際して２つのパージゾーン２８、２９が設けられ、その２つのパージゾーン２８、２９間は管路３０によって環状に結ばれているため、発電所から送られた排ガスが顕熱交換に際して放熱ゾーン２５へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５２】
次に発電所から排出されたガスは全熱交換ロータ１に入り、外気と全熱交換を行い、温度と湿度とが下がる。例えば外気が摂氏３０度で絶対湿度が１６g/kgであった場合、全熱交換によって発電所から排出されたガスは摂氏３１度で絶対湿度が２０g/kgとなる。全熱交換ロータ１には一対のパージゾーン１０、１１が設けられ、この間を空気が循環ブロア１３によって循環しているため発電所から送られた排ガスが全熱交換に際して脱着ゾーン３へ移行し、大気へ放出される量が極めて少なくなる。
【００５３】
このようにして温度と湿度の下がったガスは、冷却コイル４を通過することによってさらに温度と湿度が下がる。例えば冷却コイル４を通過したガスの温度が摂氏１０度、絶対湿度７g/kgとなり、低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６へ入る。この吸着ゾーン１６を通過することによって、ガスは例えば摂氏４０．７度、絶対湿度０．９g/kgの乾燥した状態となる。ここでガスの温度が上昇しているのは、吸着熱によるものである。顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５を通過して例えば摂氏８０度まで温度の上昇した外気は、ヒータ１７によって例えば摂氏１４０度まで温度を上げられて低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５に送られる。これによって低温再生除湿ロータ１４に吸着された湿気は脱着される。
【００５４】
低温再生除湿ロータ１４の吸着ゾーン１６を通過したガスは、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、僅かに残った水蒸気が二酸化炭素とともに二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。この時、ガス中には水蒸気が極めて少なく、ガス中の水蒸気が二酸化炭素の吸着を阻害せず、効率的に二酸化炭素吸着ロータ５に吸着される。二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスは、循環路２６を介して冷却コイル２７に入り、冷却されて吸着熱が除去される。冷却コイル２７を出たガスは再度二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に入り、二酸化炭素が吸着される。このようにして、図３の実施例ではガスは二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を２回通過する。
【００５５】
吸着ゾーン６で二酸化炭素吸着ロータ５に二酸化炭素が吸着され、脱着ゾーン２１へと移動する。この脱着ゾーン２１には蒸気発生装置２２から水蒸気が送られる。二酸化炭素吸着ロータ５に担持されたＡ型シリカゲルや合成ゼオライトは、二酸化炭素よりも水蒸気の方が吸着作用が強い。このため、吸着していた二酸化炭素を放出して、水蒸気を吸着する。このため脱着ゾーン２１の出口側では、過剰の水蒸気とともに二酸化炭素が濃縮されて出てくる。このようにして濃縮された二酸化炭素は、地中埋設や深海への投入などの処分がなされる。ここで必要に応じて脱着ゾーン２１の出口側から入口側への循環路を設けてもよい。
【００５６】
二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスは、二酸化炭素吸着ロータ５のパージゾーン１８を通過し、温度が上昇し、ヒータ１９によってさらに温度が上昇して二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２０を通過する。これによって二酸化炭素吸着ロータ５に二酸化炭素と置換吸着された水蒸気が脱着される。この脱着された水蒸気には二酸化炭素の含有量が少なく、大気放出される。
【実施例４】
【００５７】
本発明の実施例４は図４に示される。ここで図１〜３の実施例１〜３のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例４のものは実施例３のものと比較して、次の点が相違している。先ず発電所から出たガスは顕熱交換ロータ２３によって外気と熱交換するのではなく、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスと熱交換する。つまり吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスの全量を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通す。
【００５８】
そしてこの熱交換によって温度の上昇した二酸化炭素除去ガスを低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５へ導き、低温再生除湿ロータ１４に吸着された水分の脱着を行う。これによって低温再生除湿ロータ１４の水分の脱着には火力発電所の排ガスの持つ熱エネルギーを用いて行い、排ガス中の水分の除去に他のエネルギーを用いることがないため、全体として省エネルギーとなる。
【００５９】
以上の説明では、二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出た二酸化炭素除去ガスの全量を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通すようにしたが、図４の破線で示すように、二酸化炭素除去ガスの一部を顕熱交換ロータ２３の放熱ゾーン２５に通し、残りを冷却コイル２７を介して二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６に戻してもよい。この場合は二酸化炭素吸着ロータ５の吸着ゾーン６を出たガスの一部が、吸着熱を除去されながら吸着ゾーン６に戻るため、吸着ゾーン６を出たガス中の二酸化炭素濃度がより低くなる。
【００６０】
本発明の実施例５は図５に示される。ここで図１〜４の実施例１〜４のものと同じ構成物については、同じ番号を付す。この実施例５のものは実施例４のものと比較して、次の点が相違している。つまり第２全熱交換ロータ３１が追加され、この第２全熱交換ロータ３１は上半分が脱着ゾーン３２であり、下半分が吸着ゾーン３３である。またこの第２全熱交換ロータ３１も全熱交換ロータ１と同様、２つのパージゾーン３４，３５を有し、この２つのパージゾーン３４，３５間は管路３６によって環状に結ばれている。そして２つのパージゾーン３４、３５と管路３６内のガスが循環ブロア３７によって循環している。
【００６１】
また第２全熱交換ロータ３１の吸着ゾーン３３は、顕熱交換ロータ２３の吸熱ゾーン２４を出たガスが通過し、第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２は、二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１との間で循環路３８が形成されている。この循環路３８の任意の場所に、ガスの循環のためのブロアが設置されるが、ブロアは図示しない。さらにこの実施例のものは蒸気発生装置２２が設けられていない。
【００６２】
以上のように構成された実施例５のものは、発電所から排出された排ガスが先ず、顕熱交換ロータ２３の吸熱ゾーン２４を通過し、放熱ゾーン２５を通過する外気との間で熱交換を行い、温度が下がる。熱交換によって温度の上昇した外気は、ヒータ１７を通過してさらに温度が上昇し低温再生除湿ロータ１４の脱着ゾーン１５を通過する。
【００６３】
顕熱交換ロータ２３を通過して温度の下がった排ガスは、第２全熱交換ロータ３１の吸着ゾーン３３を通過し、熱と水分が除去される。一方、第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２を通過するガスは、ここで熱と水分とが与えられる。これによって温度と湿度の上昇したガスは循環路３８を介して二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１を通過する。この時にガスの温度と湿度によって、二酸化炭素吸着ロータ５に吸着された二酸化炭素が置換脱着される。
【００６４】
二酸化炭素吸着ロータ５の脱着ゾーン２１を通過した後のガスは二酸化炭素濃度が高くなっており、この一部を取り出し、二酸化炭素処理施設へ送る。残りのガスは再び第２全熱交換ロータ３１の脱着ゾーン３２へと送られる。
【００６５】
この実施例５のものは、排ガスの持つ熱エネルギーのうち、顕熱部分を低温再生除湿ロータ１４の脱着に利用し、潜熱部分を二酸化炭素吸着ロータ５の脱着に用いるため、極めてエネルギー利用効率が高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の二酸化炭素回収装置は、少ない消費エネルギーで二酸化炭素の濃縮を行う事ができ、さらに水分を多く含むガスからでも効果的に二酸化炭素の濃縮を行うことができるため、発電所などの排ガスから二酸化炭素を濃縮除去する場合に適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 全熱交換ロータ
２ 吸着ゾーン
３ 脱着ゾーン
４ 冷却コイル
５ 二酸化炭素吸着ロータ
６ 吸着ゾーン
７ 脱着ゾーン
８ パージゾーン
９ 熱交換器
１０ パージゾーン
１１ パージゾーン
１２ 管路
１３ 循環ブロア
１４ 低温再生除湿ロータ
１５ 脱着ゾーン
１６ 吸着ゾーン
１７ ヒータ
１８ パージゾーン
１９ ヒータ
２０ 脱着ゾーン
２１ 脱着ゾーン
２２ 蒸気発生装置
２３ 顕熱交換ロータ
２４ 吸熱ゾーン
２５ 放熱ゾーン
２６ 循環路
２７ 冷却コイル
２８ パージゾーン
２９ パージゾーン
３０ 管路
３１ 第２全熱交換ロータ
３２ 脱着ゾーン
３３ 吸着ゾーン
３４ パージゾーン
３５ パージゾーン
３６ 管路
３７ 循環ブロア
３８ 循環路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置の発生する排ガスを、全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換器を通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータを水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにしたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
全熱交換器を通して温度と湿度の下がったガスをさらに冷却器で温度と湿度を下げ、二酸化炭素吸着ロータに通すようにしたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
全熱交換器は全熱交換ロータであり、さらにその吸着ゾーンと脱着ゾーンとの間に一対のパージゾーンを設け、前記一対のパージゾーンの間でガスを循環させる管路を形成したことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
全熱交換器を出たガスを除湿ロータに通し、前記除湿ロータで乾燥した空気を二酸化炭素吸着ロータに通すようにしたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
除湿ロータを出た空気の一部を分岐して二酸化炭素吸着ロータのパージゾーンに通し、前記パージゾーンを通過したガスを加熱して前記二酸化炭素吸着ロータの脱着ゾーンに通すようにしたことを特徴とする請求項４記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
二酸化炭素吸着ロータは、第１及び第２の脱着ゾーンを有し、第１脱着ゾーンは蒸気脱着を行うようにし、前記第２脱着ゾーンは熱脱着を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項１】
燃焼装置の発生する排ガスを、全熱交換器を通して温度と湿度を下げ、温度と湿度の下がった排ガスを二酸化炭素吸着ロータに通過させて二酸化炭素を除去した上で全熱交換器を通して全熱交換器の水蒸気を脱着した上で大気へ放出し、二酸化炭素吸着ロータを水蒸気で脱着し、脱着した後の多湿二酸化炭素を地中埋設などの処理手段に送るようにしたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
【請求項２】
全熱交換器を通して温度と湿度の下がったガスをさらに冷却器で温度と湿度を下げ、二酸化炭素吸着ロータに通すようにしたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項３】
全熱交換器は全熱交換ロータであり、さらにその吸着ゾーンと脱着ゾーンとの間に一対のパージゾーンを設け、前記一対のパージゾーンの間でガスを循環させる管路を形成したことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項４】
全熱交換器を出たガスを除湿ロータに通し、前記除湿ロータで乾燥した空気を二酸化炭素吸着ロータに通すようにしたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項５】
除湿ロータを出た空気の一部を分岐して二酸化炭素吸着ロータのパージゾーンに通し、前記パージゾーンを通過したガスを加熱して前記二酸化炭素吸着ロータの脱着ゾーンに通すようにしたことを特徴とする請求項４記載の二酸化炭素回収装置。
【請求項６】
二酸化炭素吸着ロータは、第１及び第２の脱着ゾーンを有し、第１脱着ゾーンは蒸気脱着を行うようにし、前記第２脱着ゾーンは熱脱着を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載の二酸化炭素回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５９４３（Ｐ２０１２−５９４３Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４３３３３（Ｐ２０１０−１４３３３３）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３９００２０２１５）株式会社西部技研 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【出願人】（３９００２０２１５）株式会社西部技研 (31)
【Ｆターム（参考）】
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