ＣＯ２収集の方法とシステム
【課題】二酸化炭素を収集するための方法と装置を提供する。
【解決手段】コンデンサ４０２及び除湿チャンバ４０４内のデシカント材を用いて大気から水分を除去し、乾燥空気を生成すること、次いで接触器チャンバ４０６内で乾燥空気から分子ふるい材料に二酸化炭素を吸収すること、吸収された二酸化炭素を真空チャンバ４０８に解放すること、並びに真空チャンバ内で、解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させることを含む。
【解決手段】コンデンサ４０２及び除湿チャンバ４０４内のデシカント材を用いて大気から水分を除去し、乾燥空気を生成すること、次いで接触器チャンバ４０６内で乾燥空気から分子ふるい材料に二酸化炭素を吸収すること、吸収された二酸化炭素を真空チャンバ４０８に解放すること、並びに真空チャンバ内で、解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させることを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、概して二酸化炭素（ＣＯ２ ）の収集に関し、具体的には大気中のＣＯ２ を収集する方法とシステムに関する。
【０００２】
ＣＯ２ 収集の目的は多岐にわたる。様々な工業的目的でＣＯ２ を収集するために、ＣＯ２ の自然発生源が広く採掘されている。ＣＯ２ はまた、工業的プロセスの副産物として、及び空気の供給源から余分なＣＯ２ を除去するために、収集される。
【０００３】
大量のＣＯ２ が石油増進回収（ＥＯＲ）に使用される。今日、石油は、放棄されているものの依然として有意な量の原油を保持する多数の油井から抽出されている。典型的に、１つの油井は、一次回収フェーズの間にその石油のうちの約３０％を供給するのみである。別の２０％は、地圧を上昇させる水攻法などの二次回収技術を用いて回収される。ＥＯＲは、さらに別の２０％以上の石油を地下の油層から回収するために使用されている三次（又は第３の）回収技術である。ＥＯＲフェーズでは、大量のガスを地中に注入し、次いでその大部分を、回収される石油と共に回収する。ＣＯ２ は、原油と混合することができ、石油の粘度を低下させてその抽出を容易にすることができるため、ガスとして好ましい。このようなＥＯＲ工程の実行は、地中に残る石油にアクセスするために大量の投資を要する。しかしながら、現在の油層の産出減少と石油価格の上昇とにより、今日ＥＯＲの値ごろ感は高まっており、これによりＣＯ２ に対する需要が巨大化している。
【０００４】
例えばＥＯＲのような工業的プロセスに使用されるＣＯ２ は、自然発生源又は人為的発生源から広く収集され、使用現場に届けられる。ＣＯ２ は、タンク、パイプライン、又は他の適切な送達方法により送達される。多くの場合、使用現場はＣＯ２ の収集場所の遠隔地であり、従ってＣＯ２ 使用者のコストは増大する。
【０００５】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の収集方法は、デシカント材及びコンデンサを用いて大気から水分を除去することにより乾燥空気を生成すること、乾燥空気から１つの材料に二酸化炭素を吸収すること、吸収された二酸化炭素を真空チャンバに解放すること、並びに真空チャンバにおいて解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させることを含む。
【０００６】
別の態様では、二酸化炭素収集装置は、装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置と、大気の流れから水分を除去するコンデンサとを含む。装置は、大気の流れからさらに水分を除去して概ね乾燥した空気を生成する吸湿剤と、内部において、乾燥空気から材料に二酸化炭素を吸収する接触器チャンバとを含んでいる。装置は、前記接触器チャンバから吸収された二酸化炭素を抜いて、抜いた二酸化炭素を気相から固相に転移させる真空チャンバを含んでいる。
【０００７】
別の態様では、二酸化炭素収集装置は、装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置を含む。この装置は、大気の流れから水分を除去するコンデンサと、コンデンサからの気流に含まれる二酸化炭素を抽出する第１の収集アセンブリと、前記コンデンサからの気流に含まれる二酸化炭素を抽出する第２の収集アセンブリとを含んでいる。装置は、コンデンサからの気流を、第１の収集アセンブリと第２の収集アセンブリとに交互に方向付けるコントローラを含んでいる。
【０００８】
上述の特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であるか、さらに別の実施形態において組み合わせることが可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】二酸化炭素収集方法の一実施例のフロー図である。
【図２】図１に示す方法による二酸化炭素収集装置の一実施例のブロック図である。
【図３】図１に示す方法による二酸化炭素収集装置の別の実施例のブロック図である。
【図４】二酸化炭素収集装置の別の実施例の図である。
【図５】図４に示す装置を使用した二酸化炭素収集方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書において、「１つの」という語から始まる単数形の要素又はステップは、複数の要素又はステップを除外することが明示的に記載されていない限り、複数の要素又はステップを除外しないと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」又は「例示的実施形態」への言及は、記載されている特徴も取り込む他の実施形態の存在を除外するものではない。
【００１１】
ここでは、二酸化炭素（ＣＯ２ ）を収集するための方法と装置について記載する。固定のＣＯ２ 収集プラントにおいて石油増進回収（ＥＯＲ）に使用されるものとして本システムと方法を説明するが、本発明の態様は、他の領域及び用途に使用可能である。さらに、ここに記載される本方法とシステムは、可動、又は可搬のＣＯ２ 収集設備を含む他の様々な領域及び用途に使用するために、拡張又は縮小することができる。ここに記載する実施形態は、幾つかの既知のＣＯ２ 収集方法より多量のＣＯ２ を生産することができる。さらに、記載される実施形態は、幾つかの既知の方法を実行可能な環境より多量の水分を含有する大気を有する環境において、ＣＯ２ の収集を行うことができる。さらに、記載される実施形態は、ＣＯ２ 収集の副産物として水を提供し、ＣＯ２ の収集プロセスにおいて実施形態が生成するより多くのＣＯ２ を環境から除去する。
【実施例】
【００１２】
具体的に図面を参照する。図１は、ＣＯ２ 収集方法の一実施例のフロー図であり、全体が参照番号１００により示されている。方法１００は、コンデンサとデシカント材とを用いて大気中の水分を除去し、乾燥空気を生成すること１０２を含む。乾燥空気中の二酸化炭素が材料に吸収され１０４、吸収された二酸化炭素は真空チャンバに解放される１０６。方法１００は、解放された二酸化炭素を、真空チャンバ内において気相から固相へ転移させ１０８、真空チャンバから抽出するために固相のＣＯ２ を気相に転移させること１１０を含む。
【００１３】
図２は、例えば上記方法１００によりＣＯ２ を収集する装置２００の一実施例を示すブロック図である。空気中の水分の大部分を除去するコンデンサ２０２に、大量の自由空気を吹き込む。次いで、乾燥度が高まった空気を、吸湿剤を含む除湿チャンバ２０４に通すことにより、空気中に残った水分のほぼすべてを除去する。次に、空気は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を含む接触器チャンバ２０６に入る。十分な量のＣＯ２ が材料に吸収されたら、吸収されたＣＯ２ を真空チャンバ２０８に解放する。真空チャンバ２０８内の気相のＣＯ２ を、真空チャンバ２０８内で固相に転移させる。
【００１４】
コンデンサ２０２及び除湿チャンバ２０４は、空気中に含まれるほぼすべての水分を除去し、ＣＯ２ 収集プロセスの残りの部分で使用される乾燥空気を生成する。空気から除去された水分は、プロセスの副産物として収集される。収集された水分は、次いで、何らかの適切な目的に使用される。
【００１５】
除湿チャンバ２０４は、コンデンサ２０２を通過した空気中に残る水分のほぼすべてを除去するデシカント材を含んでいる。この例示的実施形態では、デシカント材は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、デシカント剤は、アルカリ金属アルミノシリケート構造を有する分子ふるい材料であり、この構造の有効孔開口は３オングストロームである。他の実施形態では、例えば、異なる構造及び／又は有効孔サイズを有する分子ふるい材を含め、他のデシカント材を使用できる。コンデンサ２０２を通過した空気に残る水分のほぼすべてを除去するのに適したあらゆるデシカント材を使用することができる。
【００１６】
接触器チャンバ２０６は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を含む。この例示的実施形態では、この材料は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料は、１０オングストロームの有効孔開口サイズを有する分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料はゼオライト材料である。他の実施形態では、材料は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収するのに適したあらゆる材料とすることができる。
【００１７】
この例示的実施形態では、吸収されたＣＯ２ は、接触器チャンバ２０６内において、材料を真空に晒すことにより材料から解放される。幾つかの実施形態では、接触器チャンバ２０６は、気流に対して概ねシールされており、真空は、真空チャンバ２０８を介して接触器チャンバ２０６に印加される。吸収されたＣＯ２ は、接触器チャンバ２０６内の材料から真空チャンバ２０８に解放される。
【００１８】
真空チャンバ２０８内において、気相のＣＯ２ は固相に転移される。この例示的実施形態では、気相のＣＯ２ が低温表面上で凝固するのに十分に低い温度に冷却された真空チャンバ２０８内の表面を使用して、ＣＯ２ を固相に転移させる。幾つかの実施形態では、真空チャンバはコールドフィンガを含み、このコールドフィンガに冷却剤を通過させることによりコールドフィンガの外表面の温度を低下させ、この表面上でＣＯ２ を凝固させる。他の実施形態では、他のいずれかの適切な技術を使用して、解放されたＣＯ２ を凝固させることができる。
【００１９】
真空チャンバ２０８内の固相のＣＯ２ は、任意の適切な収集方法により収集される。この例示的実施形態では、固相のＣＯ２ は気相に戻されて、貯蔵及び／又は運搬のために抽出される。固相のＣＯ２ は、固相のＣＯ２ が気相のＣＯ２ に転移するまで真空チャンバ２０８内の温度を上昇させることにより、気相に戻される。他の実施形態では、固相のＣＯ２ を気相に転移させるのに適切な他のあらゆる方法を利用することができる。
【００２０】
図３は、方法１００によりＣＯ２ を収集する装置３００の別の実施例を示すブロック図である。装置３００は、コンデンサ２０２、除湿チャンバ２０４、接触チャンバ２０６、及び真空チャンバ２０８を含む。装置３００は、除湿チャンバ３０４及び接触チャンバ３０６も含む。除湿チャンバ２０４と接触チャンバ２０６は第１の収集アセンブリ３１０を形成し、除湿チャンバ３０４と接触チャンバ３０６は第２の収集アセンブリ３１２を形成する。第１の収集アセンブリ３１０及び第２の収集アセンブリ３１２の各々は、上述のようにして、コンデンサ２０２からの空気流に含まれる二酸化炭素を抽出するために使用される。第１の収集アセンブリ３１０及び第２の収集アセンブリ３１２の各々は、収集チャネル又は経路として説明することもができる。
【００２１】
コントローラ３１４は、装置３００の動作を制御し、コンデンサ２０２からの空気流を第１の収集アセンブリ３１０と第２の収集アセンブリとに交互に方向付ける。例えば、第１の収集アセンブリ３１０を、概ね装置２００に関して上述したようなサイクルのために動作させた後、コントローラ３１４は第１の収集アセンブリ３１０を閉鎖して、第２の収集アセンブリ３１２を開くことができる。コンデンサ２０２からの空気は除湿チャンバ３０４に入り、装置２００に関して上述したように乾燥される。次いでこの乾燥空気は接触チャンバ３０６に入り、接触チャンバ３０６内においてＣＯ２ は材料に吸収される。この間に、除湿チャンバ２０４は再生されて、直近のサイクルにおいて収集された水分を除去する（図３には示さない）。
【００２２】
接触器チャンバ３０６において十分なＣＯ２ が吸収されたら、コントローラ３１４は、コンデンサ２０２からの空気流に対して接触器チャンバ３０６をシールし、接触器チャンバ２０６と３０６とを接続してそれらの間に流体を流通させる。接触器チャンバ２０６内は、直近のサイクルにより接触器チャンバ３０６内より低圧であり、接触器チャンバ３０６と３０６内の圧力は均一化する。コントローラ３１４が真空チャンバ２０８を接触チャンバ３０６に流体接続すると、接触チャンバ２０６及び３０６内の圧力は低下して、接触チャンバ３０６内の材料からＣＯ２ が解放される。
【００２３】
ほぼすべてのＣＯ２ が接触器チャンバ３０６から真空チャンバ２０８に解放されたら、接触器チャンバ２０６と３０６との接続を閉じる。次いで、コントローラ３１４は、コンデンサ２０２からの空気の流れを第１の収集アセンブリ３１０に方向付けて第１の収集アセンブリ３１０による抽出プロセスを開始し、その間に第２の収集アセンブリは収集プロセスを終了し、除湿チャンバ３０４内の吸湿剤が再生される。真空チャンバ２０８内において、気相のＣＯ２ は、上述のようにして固相に転移される。吸収されたＣＯ２ のほぼすべてが真空チャンバ２０８に抽出された後、接触器チャンバ３０６と真空チャンバ２０８との接続は閉じられ、コントローラ３１４は真空チャンバ２０８内の温度を上昇させることにより、固相のＣＯ２ を気相に転移させる。次いで、ＣＯ２ ガスは、真空チャンバ２０８から外部の貯蔵施設又はパイプライン（図示しない）に抽出される。
【００２４】
図４は、本発明の一又は複数の態様による、二酸化炭素収集装置又はシステム４００の別の実施例を示している。図５は、装置４００のような二酸化炭素収集装置の動作のフロー図５００である。
【００２５】
装置４００は、コンデンサグリッド４０２、第１の収集アセンブリ４１０、第２の収集アセンブリ４１２、及び真空チャンバ４０８を含んでいる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、除湿チャンバ４０４と接触器チャンバ４０６とを含む。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、収集チャネル又は経路として説明することもできる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、除湿チャンバ４０４及び／又は接触器チャンバ４０６を実質的にシールするための複数のシャッタードア４１４を含む。システムコントローラ４２０は、装置４００の動作を制御する。動作中、一方の収集アセンブリ４１０又は４１２が自由空気中のＣＯ２ を収集している間に、接触器チャンバ４０６からＣＯ２ を解放することにより、及び除湿チャンバ４０４内の吸湿剤を乾燥させてそれに収集された水分を解放することにより、他方の収集アセンブリ４１２又は４１０が再生される。
【００２６】
装置４００は、コンデンサグリッド４０２を通る大気の流れを生成するために配置された複数の空気移動装置４１６を含む。この例示的実施形態では、空気移動装置４１６は、ファンアセンブリである。幾つかの実施形態では、空気移動装置４１６は、工業グレードの直接駆動式二倍幅両吸込ファンであり、装置４００の外側から空気を吸い込む後傾したファンブレードを有している。この例示的な実施形態では、装置４００はエアフィルタアセンブリ４１８を含む。エアフィルタアセンブリ４１８は、空気移動装置４１６によって装置４００に吸入された外部の大気を濾過するために配置された一又は複数のフィルタを含んでいる。
【００２７】
この例示的実施形態では、コンデンサグリッド４０２は、コンデンサグリッド４０２の表面温度を露点未満に低下させるための低温窒素を含む層流熱交換機を使用して、空気中の水分含有量を低減するコンデンサ又は冷却乾燥機を含んでいる。自由空気に含まれる水分は熱交換器上で凝結し、二次産物として収集される。幾つかの実施形態では、コンデンサグリッド４０２は空気中の水分含有量を９０％低下させる。
【００２８】
コントローラ４２０は、コンデンサ４０２から出力された空気を、収集と再生の周期に基づいて収集アセンブリ４１０及び４１２に方向付ける。各収集アセンブリ４１０及び４１２の除湿チャンバ４０４は、コンデンサ４０２から到来する空気中に残った水分のほぼすべてを除去する。水分は、収集フェーズの間に除湿チャンバ４０４内の吸湿剤によって捕獲され、動作サイクルの再生フェーズの間に解放される。各除湿チャンバ４０４は、再生のために、独立に、且つ周期的にシールされる。除湿チャンバ４０４の再生は、真空ポンプ及び低温冷却ポンプといった他の作業による残留真空及び残留熱を利用する。この例示的実施形態では、水分を捕獲するデシカント材は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料は、アルカリ金属アルミノシリケート構造を有し、その有効孔開口は３オングストロームである。
【００２９】
各接触器チャンバ４０６は、除湿チャンバ４０４から接触器チャンバ４０６に流入した乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を収容している。この例示的実施形態では、この材料は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、この材料は、１０オングストロームの有効孔開口サイズを有するゼオライト１３Ｘ分子ふるい材料である。ＣＯ２ が接触器チャンバ４０６内の材料に吸収された後、ＣＯ２ の再生フェーズが開始される。接触器チャンバ４０６は、シャッタードア４１４を閉鎖することにより、コンデンサ４０２からの空気流から実質的にシールされる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の接触器チャンバ４０６同士を接続するバルブ（図示しない）が開放されると、両接触器チャンバ４０６が接続される。一方の収集アセンブリ４１０又は４１２がサイクルの収集フェーズにあるとき、他方の収集アセンブリ４１２又は４１０は、サイクルの再生フェーズ中にあるか、又は再生フェーズ終了直後である。再生フェーズにある収集アセンブリ４１０又は４１２の接触器チャンバ４０６は、収集フェーズを開始する準備を整えており、低圧状態にある。２つの接触器チャンバ４０６を接続するバルブが解放されてそれらのチャンバが連結されたら、両接触器チャンバ４０６内の圧力が等しくなる。幾つかの実施形態では、圧力は大気圧の約半分で均一化する。真空ポンプ４２２は、真空チャンバ４０８を介して接触器チャンバ４０６からチャンバ空気を抽出し、装置４０００外部へ排気する。真空ポンプ４２２は、接触器チャンバ４０６内の圧力をさらに低下させ、圧力が十分に低下すると吸湿剤が真空チャンバ４０８にＣＯ２ を解放する。
【００３０】
真空チャンバ４０８は、接触器チャンバ４０６からＣＯ２ ガスを抽出し、低温壁表面を使用してＣＯ２ を固体として捕獲する。この例示的実施形態では、真空チャンバはコールドフィンガ４２４を含む。圧縮機４２６は、コールドフィンガ４２４内を通過する冷却剤を圧縮する。この例示的実施形態では、冷却剤は液体窒素を含む。液体窒素は、コールドフィンガ４２４の温度を華氏−１５０度未満まで低下させる。冷却剤は、コールドフィンガ４２４を通過すると、コンデンサ４０２を通って圧縮機４２６に戻る。コールドフィンガ４２４の表面は、真空チャンバ４０８内でＣＯ２ が気相状態から固相状態に転移するのに十分な温度まで冷却される。気相のＣＯ２ から固相のＣＯ２ への転移により、真空チャンバ４０８内の圧力はさらに低下し、これにより接触器チャンバ４０６からさらに多くのＣＯ２ が抽出される。ＣＯ２ の殆どが接触器チャンバ４０６から排出されたら、２つの接触器チャンバ４０６間のバルブは閉鎖される。
【００３１】
真空チャンバ４０８から固相のＣＯ２ を抽出するために、真空チャンバ４０８を接触器チャンバ４０６からシールし、コールドフィンガ４２４の冷却を停止し、固相のＣＯ２ が気相状態に転移するまで真空チャンバ４０８を加熱する。この例示的実施形態では、真空チャンバ４０８の加熱は、真空チャンバ４８０８内で抵抗加熱器を使用して行われる。他の実施形態では、真空チャンバ４０８を制御下で加熱できる他の加熱装置を使用してもよい。固相から気相への転移により、真空チャンバ４０８内の圧力が上昇する。外部圧縮機４２８に通じるバルブ（図示しない）が開放されて、外部圧縮機４２８により気相のＣＯ２ が外部の蓄積設備又はパイプライン（いずれも図示しない）に抽出される。
【００３２】
各除湿チャンバ４０４内の吸湿剤は、接触器４０６の材料の再生の間に乾燥させる。除湿チャンバ４０４は、コンデンサ４０２から到来した空気でほぼ飽和した後、シャッター４１４を使用してシールされる。除湿チャンバ４０４とコンデンサチャンバ４３０との間のバルブ（図示しない）を開放する。真空ポンプ４２２を凝結チャンバ４３０に適用することにより、除湿チャンバ４０４内のデシカント材から水分を抜き、コンデンサチャンバ４３０に移す。吸湿材が乾燥したら、バルブを閉めて別のバルブ（図示しない）を開放し、コンデンサチャンバ４３０から水分を抜いて、コンデンサ４０２からの水分と同じ貯蔵器にその水分を送る。その結果、コンデンサ４０２及びデシカント材４０４の両方から水分が収集される。
【００３３】
システムコントローラ４２０は、システムの動作パラメータと、大気の温度、圧力、及び湿度といった環境パラメータとを監視する。システムコントローラ４２０は、この情報を使用して、収集サイクルの時間とコンデンサ４０２を通る冷却剤の流れを制御する。システムコントローラ４２０は、アクチュエータを作動させて、装置４００を操作するためのゲート及びバルブを作動させる。幾つかの実施形態では、システムコントローラ４２０は、始動時に詳細なシステム動作テストを実行する組み込み試験（ＢＩＴ）ルーチンを含む。幾つかの実施形態では、システムコントローラ４２０は、継続的にシステムの動作を監視し、ユーザに対し、表示パネル（図示しない）上に現在の状況を表示する。幾つかの実施形態では、装置４００の故障は、視覚及び音響による警報によりシステムコントローラ４２０によって警告される。幾つかの実施形態では、故障が発生すると、システムコントローラ４２０は自動的に装置４００の一部又は全部を停止させることができる。
【００３４】
一実施例では、装置４００は、約４０フィート×５０フィートの土地専有面積を有する一階建て建造物内において実施される。この実施例の実装において、装置４００は、全部で約５００万立方フィート／分の気流を生成する２０個のファン４１６を有している。このような実装態様は、一日当たり、１００トン以上のＣＯ２ を収集する。収集されるＣＯ２ 、１００トンにつき、この実装態様は、発電所給電装置４００により生成されるＣＯ２ を構成していた大気から約６０〜７０トンのＣＯ２ を除去する。
【００３５】
まとめとして、図５のフロー図を参照する。図５では、二酸化炭素収集装置（例えば装置４００）の１つのチャネルの動作は、ファンが水コンデンサに空気を吹き込むことにより開始される。低温冷却剤がコンデンサを通過して流れることにより、空気中の水分が凝結する。ゲートは開放された接触器のチャネルに空気を送り、この空気は開放チャネル内の分子ふるい吸湿剤に入る。この空気は、この段階で乾燥しており、１３Ｘ分子ふるいにより収集されたＣＯ２ を含む開放された接触器チャンバ内に進入する。乾燥空気は開放された接触器チャンバを通過する。十分な二酸化炭素が収集された後、接触器チャンバ及び除湿チャンバを到来する気流からシールする。除湿チャンバを真空引きし、収集された水分を貯蔵器に送り、除湿チャンバ内の吸湿剤を乾燥させる。その間、真空ポンプにより接触器チャンバ内に部分的真空を形成し、コレクタチャンバから抽出された空気を外部に排出する。外部への空気口を閉じ、収集チャンバ内を真空にすることにより、収集されたＣＯ２ を分子ふるいから解放して真空チャンバ内に収集する。ＣＯ２ は、真空チャンバ内でコールドフィンガ上に凝結する。低温冷却剤を使用して、コールドフィンガを華氏約−１０９度に冷却する。低温冷却剤は、コールドフィンガ内を循環し、次いで上記のコンデンサに送られる。ほぼすべてのＣＯ２ が接触器チャンバから抽出されたら、真空チャンバから接触器チャンバをシールし、真空チャンバを加熱する。固相のＣＯ２ が気相に移転し、貯蔵タンクに送られる。上述のように、装置４００は、２つのチャネル、又は経路を有し、それらは交互に並行なサイクルを実行する。このようにして、収集されたＣＯ２ を抽出するために一方のチャネルがシールされているとき、他方のチャネルが開放されて、ファンが送り込む空気を受け取り、ＣＯ２ を収集する。
【００３６】
ここに記載されるシステム及び方法は、所望のＣＯ２ の捕獲を行うために拡張又は縮小することができる。例えば、ファンの数を減らすか、又はファンを小型化するなどしてシステムへの気流を減少させることにより、１日あたりのＣＯ２ 収集量を低減し、システムを小型化することができる。同様に、空気移動装置の数を増加させること、空気の流れを増大させるファンを使用することなどにより、システムを大型化して１日のＣＯ２ 収集量を増大させることができる。さらに、３つ以上の収集アセンブリを使用してもよい。例えば、システムは、対となって周期的に動作する４つの収集アセンブリを含むことができる（例えば、２つの収集アセンブリが収集を行い、２つの収集アセンブリが再生を行う）。
【００３７】
幾つかの実施形態では、ここに記載される本システムと方法は、収集されたＣＯ２ が使用される場所で、又はそのような場所の近くで実施されうる。例えば、収集されたＣＯ２ がＥＯＲに使用される場合、システムはＥＯＲが行われる油田において実装される。さらに、例示的なシステムを既存のパイプラインに又はパイプラインの近くで実装することにより、輸送及び／又はパイプラインのコストを低減することができる。
【００３８】
このように、例示的実施形態により、幾つかの既知のＣＯ２ 収集方法より多量のＣＯ２ を生産することができる。さらに、記載される実施形態は、幾つかの既知の方法を実行可能な環境より大気中含まれる水分量が多い環境において、ＣＯ２ の収集を行うことができる。さらに、記載される実施形態は、ＣＯ２ 収集の副産物として水を提供し、ＣＯ２ の収集プロセスにおいて実施形態が生成するより多くのＣＯ２ を環境から除去する。したがって、本発明の実施形態は、安価で環境にやさしい大気中のＣＯ２ 収集を行うことができる。
【００３９】
本明細書では、ベストモードを含む様々な実施形態を開示する実施例を使用しているため、当業者は任意の機器やシステムの作成ならびに使用、及び組込まれた任意の方法の実施を含め、実施形態を実行することができる。特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義されており、当業者であれば想起される他の実施例も含みうる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字言語から逸脱しない構造要素を有する場合、あるいは、それらが特許請求の範囲の文字言語との有意でない相違を有する等価な構造要素を含んでいる場合は、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【００４０】
本出願により、以下の実施形態が開示される。
【００４１】
Ａ１０．二酸化炭素収集装置であって、
前記装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置（４１６）と、
大気の流れに含まれる水分を除去するためのコンデンサ（２０２）と、
大気の流れからさらに水分を除去してほぼ乾燥した空気を生成するための吸湿剤と、
ほぼ乾燥した空気から内部の材料に二酸化炭素を吸収するための接触器チャンバ（３０６）と、
前記接触器チャンバから吸収された二酸化炭素を抜き取り、この抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させる真空チャンバ（２０８）と
を含んでいる。
【００４２】
Ａ１１．前記接触器チャンバ（３０６）内の材料が分子ふるい材である、実施形態Ａ１０に記載の装置。
【００４３】
Ａ１２．前記真空チャンバがコールドフィンガ（４２４）を含み、このコールドフィンガが、抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させるのに十分に低い温度まで冷却され、固相の二酸化炭素がコールドフィンガ上で収集される、実施形態１０に記載の装置。
【００４４】
Ａ１３．コールドフィンガは、コールドフィンガ（４２４）に冷却剤を流すことにより冷却され、冷却剤は、コールドフィンガ（４２４）を通過した後前記コンデンサ（２０２）に送られる、実施形態Ａ１２に記載の装置。
【００４５】
前記真空チャンバが、さらに、液体の二酸化炭素が気相に転移するのに十分な温度まで前記真空チャンバを加熱するためのヒータを含んでいる、実施形態Ａ１２に記載の装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、概して二酸化炭素（ＣＯ２ ）の収集に関し、具体的には大気中のＣＯ２ を収集する方法とシステムに関する。
【０００２】
ＣＯ２ 収集の目的は多岐にわたる。様々な工業的目的でＣＯ２ を収集するために、ＣＯ２ の自然発生源が広く採掘されている。ＣＯ２ はまた、工業的プロセスの副産物として、及び空気の供給源から余分なＣＯ２ を除去するために、収集される。
【０００３】
大量のＣＯ２ が石油増進回収（ＥＯＲ）に使用される。今日、石油は、放棄されているものの依然として有意な量の原油を保持する多数の油井から抽出されている。典型的に、１つの油井は、一次回収フェーズの間にその石油のうちの約３０％を供給するのみである。別の２０％は、地圧を上昇させる水攻法などの二次回収技術を用いて回収される。ＥＯＲは、さらに別の２０％以上の石油を地下の油層から回収するために使用されている三次（又は第３の）回収技術である。ＥＯＲフェーズでは、大量のガスを地中に注入し、次いでその大部分を、回収される石油と共に回収する。ＣＯ２ は、原油と混合することができ、石油の粘度を低下させてその抽出を容易にすることができるため、ガスとして好ましい。このようなＥＯＲ工程の実行は、地中に残る石油にアクセスするために大量の投資を要する。しかしながら、現在の油層の産出減少と石油価格の上昇とにより、今日ＥＯＲの値ごろ感は高まっており、これによりＣＯ２ に対する需要が巨大化している。
【０００４】
例えばＥＯＲのような工業的プロセスに使用されるＣＯ２ は、自然発生源又は人為的発生源から広く収集され、使用現場に届けられる。ＣＯ２ は、タンク、パイプライン、又は他の適切な送達方法により送達される。多くの場合、使用現場はＣＯ２ の収集場所の遠隔地であり、従ってＣＯ２ 使用者のコストは増大する。
【０００５】
本発明の一態様によれば、二酸化炭素の収集方法は、デシカント材及びコンデンサを用いて大気から水分を除去することにより乾燥空気を生成すること、乾燥空気から１つの材料に二酸化炭素を吸収すること、吸収された二酸化炭素を真空チャンバに解放すること、並びに真空チャンバにおいて解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させることを含む。
【０００６】
別の態様では、二酸化炭素収集装置は、装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置と、大気の流れから水分を除去するコンデンサとを含む。装置は、大気の流れからさらに水分を除去して概ね乾燥した空気を生成する吸湿剤と、内部において、乾燥空気から材料に二酸化炭素を吸収する接触器チャンバとを含んでいる。装置は、前記接触器チャンバから吸収された二酸化炭素を抜いて、抜いた二酸化炭素を気相から固相に転移させる真空チャンバを含んでいる。
【０００７】
別の態様では、二酸化炭素収集装置は、装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置を含む。この装置は、大気の流れから水分を除去するコンデンサと、コンデンサからの気流に含まれる二酸化炭素を抽出する第１の収集アセンブリと、前記コンデンサからの気流に含まれる二酸化炭素を抽出する第２の収集アセンブリとを含んでいる。装置は、コンデンサからの気流を、第１の収集アセンブリと第２の収集アセンブリとに交互に方向付けるコントローラを含んでいる。
【０００８】
上述の特徴、機能及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であるか、さらに別の実施形態において組み合わせることが可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】二酸化炭素収集方法の一実施例のフロー図である。
【図２】図１に示す方法による二酸化炭素収集装置の一実施例のブロック図である。
【図３】図１に示す方法による二酸化炭素収集装置の別の実施例のブロック図である。
【図４】二酸化炭素収集装置の別の実施例の図である。
【図５】図４に示す装置を使用した二酸化炭素収集方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書において、「１つの」という語から始まる単数形の要素又はステップは、複数の要素又はステップを除外することが明示的に記載されていない限り、複数の要素又はステップを除外しないと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」又は「例示的実施形態」への言及は、記載されている特徴も取り込む他の実施形態の存在を除外するものではない。
【００１１】
ここでは、二酸化炭素（ＣＯ２ ）を収集するための方法と装置について記載する。固定のＣＯ２ 収集プラントにおいて石油増進回収（ＥＯＲ）に使用されるものとして本システムと方法を説明するが、本発明の態様は、他の領域及び用途に使用可能である。さらに、ここに記載される本方法とシステムは、可動、又は可搬のＣＯ２ 収集設備を含む他の様々な領域及び用途に使用するために、拡張又は縮小することができる。ここに記載する実施形態は、幾つかの既知のＣＯ２ 収集方法より多量のＣＯ２ を生産することができる。さらに、記載される実施形態は、幾つかの既知の方法を実行可能な環境より多量の水分を含有する大気を有する環境において、ＣＯ２ の収集を行うことができる。さらに、記載される実施形態は、ＣＯ２ 収集の副産物として水を提供し、ＣＯ２ の収集プロセスにおいて実施形態が生成するより多くのＣＯ２ を環境から除去する。
【実施例】
【００１２】
具体的に図面を参照する。図１は、ＣＯ２ 収集方法の一実施例のフロー図であり、全体が参照番号１００により示されている。方法１００は、コンデンサとデシカント材とを用いて大気中の水分を除去し、乾燥空気を生成すること１０２を含む。乾燥空気中の二酸化炭素が材料に吸収され１０４、吸収された二酸化炭素は真空チャンバに解放される１０６。方法１００は、解放された二酸化炭素を、真空チャンバ内において気相から固相へ転移させ１０８、真空チャンバから抽出するために固相のＣＯ２ を気相に転移させること１１０を含む。
【００１３】
図２は、例えば上記方法１００によりＣＯ２ を収集する装置２００の一実施例を示すブロック図である。空気中の水分の大部分を除去するコンデンサ２０２に、大量の自由空気を吹き込む。次いで、乾燥度が高まった空気を、吸湿剤を含む除湿チャンバ２０４に通すことにより、空気中に残った水分のほぼすべてを除去する。次に、空気は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を含む接触器チャンバ２０６に入る。十分な量のＣＯ２ が材料に吸収されたら、吸収されたＣＯ２ を真空チャンバ２０８に解放する。真空チャンバ２０８内の気相のＣＯ２ を、真空チャンバ２０８内で固相に転移させる。
【００１４】
コンデンサ２０２及び除湿チャンバ２０４は、空気中に含まれるほぼすべての水分を除去し、ＣＯ２ 収集プロセスの残りの部分で使用される乾燥空気を生成する。空気から除去された水分は、プロセスの副産物として収集される。収集された水分は、次いで、何らかの適切な目的に使用される。
【００１５】
除湿チャンバ２０４は、コンデンサ２０２を通過した空気中に残る水分のほぼすべてを除去するデシカント材を含んでいる。この例示的実施形態では、デシカント材は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、デシカント剤は、アルカリ金属アルミノシリケート構造を有する分子ふるい材料であり、この構造の有効孔開口は３オングストロームである。他の実施形態では、例えば、異なる構造及び／又は有効孔サイズを有する分子ふるい材を含め、他のデシカント材を使用できる。コンデンサ２０２を通過した空気に残る水分のほぼすべてを除去するのに適したあらゆるデシカント材を使用することができる。
【００１６】
接触器チャンバ２０６は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を含む。この例示的実施形態では、この材料は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料は、１０オングストロームの有効孔開口サイズを有する分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料はゼオライト材料である。他の実施形態では、材料は、乾燥空気中のＣＯ２ を吸収するのに適したあらゆる材料とすることができる。
【００１７】
この例示的実施形態では、吸収されたＣＯ２ は、接触器チャンバ２０６内において、材料を真空に晒すことにより材料から解放される。幾つかの実施形態では、接触器チャンバ２０６は、気流に対して概ねシールされており、真空は、真空チャンバ２０８を介して接触器チャンバ２０６に印加される。吸収されたＣＯ２ は、接触器チャンバ２０６内の材料から真空チャンバ２０８に解放される。
【００１８】
真空チャンバ２０８内において、気相のＣＯ２ は固相に転移される。この例示的実施形態では、気相のＣＯ２ が低温表面上で凝固するのに十分に低い温度に冷却された真空チャンバ２０８内の表面を使用して、ＣＯ２ を固相に転移させる。幾つかの実施形態では、真空チャンバはコールドフィンガを含み、このコールドフィンガに冷却剤を通過させることによりコールドフィンガの外表面の温度を低下させ、この表面上でＣＯ２ を凝固させる。他の実施形態では、他のいずれかの適切な技術を使用して、解放されたＣＯ２ を凝固させることができる。
【００１９】
真空チャンバ２０８内の固相のＣＯ２ は、任意の適切な収集方法により収集される。この例示的実施形態では、固相のＣＯ２ は気相に戻されて、貯蔵及び／又は運搬のために抽出される。固相のＣＯ２ は、固相のＣＯ２ が気相のＣＯ２ に転移するまで真空チャンバ２０８内の温度を上昇させることにより、気相に戻される。他の実施形態では、固相のＣＯ２ を気相に転移させるのに適切な他のあらゆる方法を利用することができる。
【００２０】
図３は、方法１００によりＣＯ２ を収集する装置３００の別の実施例を示すブロック図である。装置３００は、コンデンサ２０２、除湿チャンバ２０４、接触チャンバ２０６、及び真空チャンバ２０８を含む。装置３００は、除湿チャンバ３０４及び接触チャンバ３０６も含む。除湿チャンバ２０４と接触チャンバ２０６は第１の収集アセンブリ３１０を形成し、除湿チャンバ３０４と接触チャンバ３０６は第２の収集アセンブリ３１２を形成する。第１の収集アセンブリ３１０及び第２の収集アセンブリ３１２の各々は、上述のようにして、コンデンサ２０２からの空気流に含まれる二酸化炭素を抽出するために使用される。第１の収集アセンブリ３１０及び第２の収集アセンブリ３１２の各々は、収集チャネル又は経路として説明することもができる。
【００２１】
コントローラ３１４は、装置３００の動作を制御し、コンデンサ２０２からの空気流を第１の収集アセンブリ３１０と第２の収集アセンブリとに交互に方向付ける。例えば、第１の収集アセンブリ３１０を、概ね装置２００に関して上述したようなサイクルのために動作させた後、コントローラ３１４は第１の収集アセンブリ３１０を閉鎖して、第２の収集アセンブリ３１２を開くことができる。コンデンサ２０２からの空気は除湿チャンバ３０４に入り、装置２００に関して上述したように乾燥される。次いでこの乾燥空気は接触チャンバ３０６に入り、接触チャンバ３０６内においてＣＯ２ は材料に吸収される。この間に、除湿チャンバ２０４は再生されて、直近のサイクルにおいて収集された水分を除去する（図３には示さない）。
【００２２】
接触器チャンバ３０６において十分なＣＯ２ が吸収されたら、コントローラ３１４は、コンデンサ２０２からの空気流に対して接触器チャンバ３０６をシールし、接触器チャンバ２０６と３０６とを接続してそれらの間に流体を流通させる。接触器チャンバ２０６内は、直近のサイクルにより接触器チャンバ３０６内より低圧であり、接触器チャンバ３０６と３０６内の圧力は均一化する。コントローラ３１４が真空チャンバ２０８を接触チャンバ３０６に流体接続すると、接触チャンバ２０６及び３０６内の圧力は低下して、接触チャンバ３０６内の材料からＣＯ２ が解放される。
【００２３】
ほぼすべてのＣＯ２ が接触器チャンバ３０６から真空チャンバ２０８に解放されたら、接触器チャンバ２０６と３０６との接続を閉じる。次いで、コントローラ３１４は、コンデンサ２０２からの空気の流れを第１の収集アセンブリ３１０に方向付けて第１の収集アセンブリ３１０による抽出プロセスを開始し、その間に第２の収集アセンブリは収集プロセスを終了し、除湿チャンバ３０４内の吸湿剤が再生される。真空チャンバ２０８内において、気相のＣＯ２ は、上述のようにして固相に転移される。吸収されたＣＯ２ のほぼすべてが真空チャンバ２０８に抽出された後、接触器チャンバ３０６と真空チャンバ２０８との接続は閉じられ、コントローラ３１４は真空チャンバ２０８内の温度を上昇させることにより、固相のＣＯ２ を気相に転移させる。次いで、ＣＯ２ ガスは、真空チャンバ２０８から外部の貯蔵施設又はパイプライン（図示しない）に抽出される。
【００２４】
図４は、本発明の一又は複数の態様による、二酸化炭素収集装置又はシステム４００の別の実施例を示している。図５は、装置４００のような二酸化炭素収集装置の動作のフロー図５００である。
【００２５】
装置４００は、コンデンサグリッド４０２、第１の収集アセンブリ４１０、第２の収集アセンブリ４１２、及び真空チャンバ４０８を含んでいる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、除湿チャンバ４０４と接触器チャンバ４０６とを含む。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、収集チャネル又は経路として説明することもできる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の各々は、除湿チャンバ４０４及び／又は接触器チャンバ４０６を実質的にシールするための複数のシャッタードア４１４を含む。システムコントローラ４２０は、装置４００の動作を制御する。動作中、一方の収集アセンブリ４１０又は４１２が自由空気中のＣＯ２ を収集している間に、接触器チャンバ４０６からＣＯ２ を解放することにより、及び除湿チャンバ４０４内の吸湿剤を乾燥させてそれに収集された水分を解放することにより、他方の収集アセンブリ４１２又は４１０が再生される。
【００２６】
装置４００は、コンデンサグリッド４０２を通る大気の流れを生成するために配置された複数の空気移動装置４１６を含む。この例示的実施形態では、空気移動装置４１６は、ファンアセンブリである。幾つかの実施形態では、空気移動装置４１６は、工業グレードの直接駆動式二倍幅両吸込ファンであり、装置４００の外側から空気を吸い込む後傾したファンブレードを有している。この例示的な実施形態では、装置４００はエアフィルタアセンブリ４１８を含む。エアフィルタアセンブリ４１８は、空気移動装置４１６によって装置４００に吸入された外部の大気を濾過するために配置された一又は複数のフィルタを含んでいる。
【００２７】
この例示的実施形態では、コンデンサグリッド４０２は、コンデンサグリッド４０２の表面温度を露点未満に低下させるための低温窒素を含む層流熱交換機を使用して、空気中の水分含有量を低減するコンデンサ又は冷却乾燥機を含んでいる。自由空気に含まれる水分は熱交換器上で凝結し、二次産物として収集される。幾つかの実施形態では、コンデンサグリッド４０２は空気中の水分含有量を９０％低下させる。
【００２８】
コントローラ４２０は、コンデンサ４０２から出力された空気を、収集と再生の周期に基づいて収集アセンブリ４１０及び４１２に方向付ける。各収集アセンブリ４１０及び４１２の除湿チャンバ４０４は、コンデンサ４０２から到来する空気中に残った水分のほぼすべてを除去する。水分は、収集フェーズの間に除湿チャンバ４０４内の吸湿剤によって捕獲され、動作サイクルの再生フェーズの間に解放される。各除湿チャンバ４０４は、再生のために、独立に、且つ周期的にシールされる。除湿チャンバ４０４の再生は、真空ポンプ及び低温冷却ポンプといった他の作業による残留真空及び残留熱を利用する。この例示的実施形態では、水分を捕獲するデシカント材は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、分子ふるい材料は、アルカリ金属アルミノシリケート構造を有し、その有効孔開口は３オングストロームである。
【００２９】
各接触器チャンバ４０６は、除湿チャンバ４０４から接触器チャンバ４０６に流入した乾燥空気中のＣＯ２ を吸収する材料を収容している。この例示的実施形態では、この材料は分子ふるい材料である。幾つかの実施形態では、この材料は、１０オングストロームの有効孔開口サイズを有するゼオライト１３Ｘ分子ふるい材料である。ＣＯ２ が接触器チャンバ４０６内の材料に吸収された後、ＣＯ２ の再生フェーズが開始される。接触器チャンバ４０６は、シャッタードア４１４を閉鎖することにより、コンデンサ４０２からの空気流から実質的にシールされる。第１の収集アセンブリ４１０及び第２の収集アセンブリ４１２の接触器チャンバ４０６同士を接続するバルブ（図示しない）が開放されると、両接触器チャンバ４０６が接続される。一方の収集アセンブリ４１０又は４１２がサイクルの収集フェーズにあるとき、他方の収集アセンブリ４１２又は４１０は、サイクルの再生フェーズ中にあるか、又は再生フェーズ終了直後である。再生フェーズにある収集アセンブリ４１０又は４１２の接触器チャンバ４０６は、収集フェーズを開始する準備を整えており、低圧状態にある。２つの接触器チャンバ４０６を接続するバルブが解放されてそれらのチャンバが連結されたら、両接触器チャンバ４０６内の圧力が等しくなる。幾つかの実施形態では、圧力は大気圧の約半分で均一化する。真空ポンプ４２２は、真空チャンバ４０８を介して接触器チャンバ４０６からチャンバ空気を抽出し、装置４０００外部へ排気する。真空ポンプ４２２は、接触器チャンバ４０６内の圧力をさらに低下させ、圧力が十分に低下すると吸湿剤が真空チャンバ４０８にＣＯ２ を解放する。
【００３０】
真空チャンバ４０８は、接触器チャンバ４０６からＣＯ２ ガスを抽出し、低温壁表面を使用してＣＯ２ を固体として捕獲する。この例示的実施形態では、真空チャンバはコールドフィンガ４２４を含む。圧縮機４２６は、コールドフィンガ４２４内を通過する冷却剤を圧縮する。この例示的実施形態では、冷却剤は液体窒素を含む。液体窒素は、コールドフィンガ４２４の温度を華氏−１５０度未満まで低下させる。冷却剤は、コールドフィンガ４２４を通過すると、コンデンサ４０２を通って圧縮機４２６に戻る。コールドフィンガ４２４の表面は、真空チャンバ４０８内でＣＯ２ が気相状態から固相状態に転移するのに十分な温度まで冷却される。気相のＣＯ２ から固相のＣＯ２ への転移により、真空チャンバ４０８内の圧力はさらに低下し、これにより接触器チャンバ４０６からさらに多くのＣＯ２ が抽出される。ＣＯ２ の殆どが接触器チャンバ４０６から排出されたら、２つの接触器チャンバ４０６間のバルブは閉鎖される。
【００３１】
真空チャンバ４０８から固相のＣＯ２ を抽出するために、真空チャンバ４０８を接触器チャンバ４０６からシールし、コールドフィンガ４２４の冷却を停止し、固相のＣＯ２ が気相状態に転移するまで真空チャンバ４０８を加熱する。この例示的実施形態では、真空チャンバ４０８の加熱は、真空チャンバ４８０８内で抵抗加熱器を使用して行われる。他の実施形態では、真空チャンバ４０８を制御下で加熱できる他の加熱装置を使用してもよい。固相から気相への転移により、真空チャンバ４０８内の圧力が上昇する。外部圧縮機４２８に通じるバルブ（図示しない）が開放されて、外部圧縮機４２８により気相のＣＯ２ が外部の蓄積設備又はパイプライン（いずれも図示しない）に抽出される。
【００３２】
各除湿チャンバ４０４内の吸湿剤は、接触器４０６の材料の再生の間に乾燥させる。除湿チャンバ４０４は、コンデンサ４０２から到来した空気でほぼ飽和した後、シャッター４１４を使用してシールされる。除湿チャンバ４０４とコンデンサチャンバ４３０との間のバルブ（図示しない）を開放する。真空ポンプ４２２を凝結チャンバ４３０に適用することにより、除湿チャンバ４０４内のデシカント材から水分を抜き、コンデンサチャンバ４３０に移す。吸湿材が乾燥したら、バルブを閉めて別のバルブ（図示しない）を開放し、コンデンサチャンバ４３０から水分を抜いて、コンデンサ４０２からの水分と同じ貯蔵器にその水分を送る。その結果、コンデンサ４０２及びデシカント材４０４の両方から水分が収集される。
【００３３】
システムコントローラ４２０は、システムの動作パラメータと、大気の温度、圧力、及び湿度といった環境パラメータとを監視する。システムコントローラ４２０は、この情報を使用して、収集サイクルの時間とコンデンサ４０２を通る冷却剤の流れを制御する。システムコントローラ４２０は、アクチュエータを作動させて、装置４００を操作するためのゲート及びバルブを作動させる。幾つかの実施形態では、システムコントローラ４２０は、始動時に詳細なシステム動作テストを実行する組み込み試験（ＢＩＴ）ルーチンを含む。幾つかの実施形態では、システムコントローラ４２０は、継続的にシステムの動作を監視し、ユーザに対し、表示パネル（図示しない）上に現在の状況を表示する。幾つかの実施形態では、装置４００の故障は、視覚及び音響による警報によりシステムコントローラ４２０によって警告される。幾つかの実施形態では、故障が発生すると、システムコントローラ４２０は自動的に装置４００の一部又は全部を停止させることができる。
【００３４】
一実施例では、装置４００は、約４０フィート×５０フィートの土地専有面積を有する一階建て建造物内において実施される。この実施例の実装において、装置４００は、全部で約５００万立方フィート／分の気流を生成する２０個のファン４１６を有している。このような実装態様は、一日当たり、１００トン以上のＣＯ２ を収集する。収集されるＣＯ２ 、１００トンにつき、この実装態様は、発電所給電装置４００により生成されるＣＯ２ を構成していた大気から約６０〜７０トンのＣＯ２ を除去する。
【００３５】
まとめとして、図５のフロー図を参照する。図５では、二酸化炭素収集装置（例えば装置４００）の１つのチャネルの動作は、ファンが水コンデンサに空気を吹き込むことにより開始される。低温冷却剤がコンデンサを通過して流れることにより、空気中の水分が凝結する。ゲートは開放された接触器のチャネルに空気を送り、この空気は開放チャネル内の分子ふるい吸湿剤に入る。この空気は、この段階で乾燥しており、１３Ｘ分子ふるいにより収集されたＣＯ２ を含む開放された接触器チャンバ内に進入する。乾燥空気は開放された接触器チャンバを通過する。十分な二酸化炭素が収集された後、接触器チャンバ及び除湿チャンバを到来する気流からシールする。除湿チャンバを真空引きし、収集された水分を貯蔵器に送り、除湿チャンバ内の吸湿剤を乾燥させる。その間、真空ポンプにより接触器チャンバ内に部分的真空を形成し、コレクタチャンバから抽出された空気を外部に排出する。外部への空気口を閉じ、収集チャンバ内を真空にすることにより、収集されたＣＯ２ を分子ふるいから解放して真空チャンバ内に収集する。ＣＯ２ は、真空チャンバ内でコールドフィンガ上に凝結する。低温冷却剤を使用して、コールドフィンガを華氏約−１０９度に冷却する。低温冷却剤は、コールドフィンガ内を循環し、次いで上記のコンデンサに送られる。ほぼすべてのＣＯ２ が接触器チャンバから抽出されたら、真空チャンバから接触器チャンバをシールし、真空チャンバを加熱する。固相のＣＯ２ が気相に移転し、貯蔵タンクに送られる。上述のように、装置４００は、２つのチャネル、又は経路を有し、それらは交互に並行なサイクルを実行する。このようにして、収集されたＣＯ２ を抽出するために一方のチャネルがシールされているとき、他方のチャネルが開放されて、ファンが送り込む空気を受け取り、ＣＯ２ を収集する。
【００３６】
ここに記載されるシステム及び方法は、所望のＣＯ２ の捕獲を行うために拡張又は縮小することができる。例えば、ファンの数を減らすか、又はファンを小型化するなどしてシステムへの気流を減少させることにより、１日あたりのＣＯ２ 収集量を低減し、システムを小型化することができる。同様に、空気移動装置の数を増加させること、空気の流れを増大させるファンを使用することなどにより、システムを大型化して１日のＣＯ２ 収集量を増大させることができる。さらに、３つ以上の収集アセンブリを使用してもよい。例えば、システムは、対となって周期的に動作する４つの収集アセンブリを含むことができる（例えば、２つの収集アセンブリが収集を行い、２つの収集アセンブリが再生を行う）。
【００３７】
幾つかの実施形態では、ここに記載される本システムと方法は、収集されたＣＯ２ が使用される場所で、又はそのような場所の近くで実施されうる。例えば、収集されたＣＯ２ がＥＯＲに使用される場合、システムはＥＯＲが行われる油田において実装される。さらに、例示的なシステムを既存のパイプラインに又はパイプラインの近くで実装することにより、輸送及び／又はパイプラインのコストを低減することができる。
【００３８】
このように、例示的実施形態により、幾つかの既知のＣＯ２ 収集方法より多量のＣＯ２ を生産することができる。さらに、記載される実施形態は、幾つかの既知の方法を実行可能な環境より大気中含まれる水分量が多い環境において、ＣＯ２ の収集を行うことができる。さらに、記載される実施形態は、ＣＯ２ 収集の副産物として水を提供し、ＣＯ２ の収集プロセスにおいて実施形態が生成するより多くのＣＯ２ を環境から除去する。したがって、本発明の実施形態は、安価で環境にやさしい大気中のＣＯ２ 収集を行うことができる。
【００３９】
本明細書では、ベストモードを含む様々な実施形態を開示する実施例を使用しているため、当業者は任意の機器やシステムの作成ならびに使用、及び組込まれた任意の方法の実施を含め、実施形態を実行することができる。特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義されており、当業者であれば想起される他の実施例も含みうる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字言語から逸脱しない構造要素を有する場合、あるいは、それらが特許請求の範囲の文字言語との有意でない相違を有する等価な構造要素を含んでいる場合は、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【００４０】
本出願により、以下の実施形態が開示される。
【００４１】
Ａ１０．二酸化炭素収集装置であって、
前記装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置（４１６）と、
大気の流れに含まれる水分を除去するためのコンデンサ（２０２）と、
大気の流れからさらに水分を除去してほぼ乾燥した空気を生成するための吸湿剤と、
ほぼ乾燥した空気から内部の材料に二酸化炭素を吸収するための接触器チャンバ（３０６）と、
前記接触器チャンバから吸収された二酸化炭素を抜き取り、この抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させる真空チャンバ（２０８）と
を含んでいる。
【００４２】
Ａ１１．前記接触器チャンバ（３０６）内の材料が分子ふるい材である、実施形態Ａ１０に記載の装置。
【００４３】
Ａ１２．前記真空チャンバがコールドフィンガ（４２４）を含み、このコールドフィンガが、抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させるのに十分に低い温度まで冷却され、固相の二酸化炭素がコールドフィンガ上で収集される、実施形態１０に記載の装置。
【００４４】
Ａ１３．コールドフィンガは、コールドフィンガ（４２４）に冷却剤を流すことにより冷却され、冷却剤は、コールドフィンガ（４２４）を通過した後前記コンデンサ（２０２）に送られる、実施形態Ａ１２に記載の装置。
【００４５】
前記真空チャンバが、さらに、液体の二酸化炭素が気相に転移するのに十分な温度まで前記真空チャンバを加熱するためのヒータを含んでいる、実施形態Ａ１２に記載の装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の収集方法（１００、２００、３００、４００）であって、
コンデンサ（１０２、２０２）とデシカント材（４０４）とを用いて大気中の水分を除去し、乾燥空気を生成すること、
乾燥空気中の二酸化炭素を材料中に吸収させること（１０４）、
吸収された二酸化炭素を真空チャンバに解放すること（１０６）、及び
真空チャンバ内において、解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させること（１０８）
を含む方法。
【請求項２】
前記大気中の水分を除去することが、大気の流れを、コンデンサ（２０２）とデシカント材を収容するデシカントチャンバ（２０４）とに通すことにより、大気中の水分を除去して乾燥空気を生成することである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素を吸収させることが、乾燥空気を、チャンバ（３０６）内の分子ふるい材料を通るように方向付けることである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記吸収された二酸化炭素を解放することが、チャンバを実質的にシールして、吸収された二酸化炭素を分子ふるい材料が真空チャンバ（２０８）に解放するために十分な真空をチャンバ内に形成することである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記解放された二酸化炭素を転移させることが、真空チャンバ（４０８、２０８）内部の表面（４２４）を、真空チャンバ（１０６、４０８）内において解放された二酸化炭素が表面上で凝結するのに十分な低温となるまで冷却することである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
真空チャンバ（４０８）を実質的にシールすることにより、真空チャンバ内の二酸化炭素を固相から気相に転移させること、表面の冷却を終了すること、及び真空チャンバの内部を加熱することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記解放された二酸化炭素を転移させることが、冷却剤を用いて真空チャンバ内の表面を冷却することである、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
コンデンサを通るように真空チャンバからの冷却剤を方向付けることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コンデンサとデシカント材とを用いて大気中から除去された水分を収集することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
二酸化炭素収集装置（４００）であって、
前記装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置（４１６）と、
大気の流れに含まれる水分を除去するためのコンデンサ（２０２）と、
前記コンデンサからの空気の流れに含まれる二酸化炭素を抽出するように構成された第１の収集アセンブリ（３１０）と、
前記コンデンサ（２０２）からの空気の流れに含まれる二酸化炭素を抽出するように構成された第２の収集アセンブリ（３１２）と、
前記コンデンサ（２０２、４０２）からの空気の流れを、前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリに交互に方向付けるように構成されたコントローラ（３１４）と
を備えている装置。
【請求項１１】
前記第１の収集アセンブリ及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）の各々が、
コンデンサ（４０２、２０２）からの空気の流れからさらに水分を除去してほぼ乾燥した空気を生成するための除湿チャンバ（４０４）と、
内部に収容する材料に、乾燥空気に含まれる二酸化炭素を吸収させる接触器チャンバ（３０６）と
を含んでいる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の収集アセンブリ（３１０）と前記第２の収集アセンブリ（３１２）とに連結された真空チャンバ（２０２、４０８）であって、
吸収された二酸化炭素を、前記第１の収集アセンブリ及び前記第２の収集アセンブリの接触器チャンバから抜き取り、
抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させる
ように構成された真空チャンバ（２０２、４０８）をさらに備えている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）のうちの一方を収集フェーズにおいて動作させ、その間に前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）のうちの他方を再生フェーズにおいて動作せるように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラ（３１４）が、収集フェーズにある前記第１の収集アセンブリ又は前記第２の収集アセンブリ内の接触器チャンバを、再生フェーズにある前記第１の収集アセンブリ（３１０）又は前記第２の収集アセンブリ（３１２）内の接触器チャンバに連結することにより、両接触器チャンバ（３０６）内の圧力が実質的に均一化される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに水分チャンバ（４３０）を備えており、前記コントローラが、前記除湿チャンバ（４０４）及び前記コンデンサを用いて空気中の水分を前記水分チャンバに抽出するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１】
二酸化炭素の収集方法（１００、２００、３００、４００）であって、
コンデンサ（１０２、２０２）とデシカント材（４０４）とを用いて大気中の水分を除去し、乾燥空気を生成すること、
乾燥空気中の二酸化炭素を材料中に吸収させること（１０４）、
吸収された二酸化炭素を真空チャンバに解放すること（１０６）、及び
真空チャンバ内において、解放された二酸化炭素を気相から固相に転移させること（１０８）
を含む方法。
【請求項２】
前記大気中の水分を除去することが、大気の流れを、コンデンサ（２０２）とデシカント材を収容するデシカントチャンバ（２０４）とに通すことにより、大気中の水分を除去して乾燥空気を生成することである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素を吸収させることが、乾燥空気を、チャンバ（３０６）内の分子ふるい材料を通るように方向付けることである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記吸収された二酸化炭素を解放することが、チャンバを実質的にシールして、吸収された二酸化炭素を分子ふるい材料が真空チャンバ（２０８）に解放するために十分な真空をチャンバ内に形成することである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記解放された二酸化炭素を転移させることが、真空チャンバ（４０８、２０８）内部の表面（４２４）を、真空チャンバ（１０６、４０８）内において解放された二酸化炭素が表面上で凝結するのに十分な低温となるまで冷却することである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
真空チャンバ（４０８）を実質的にシールすることにより、真空チャンバ内の二酸化炭素を固相から気相に転移させること、表面の冷却を終了すること、及び真空チャンバの内部を加熱することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記解放された二酸化炭素を転移させることが、冷却剤を用いて真空チャンバ内の表面を冷却することである、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
コンデンサを通るように真空チャンバからの冷却剤を方向付けることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コンデンサとデシカント材とを用いて大気中から除去された水分を収集することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
二酸化炭素収集装置（４００）であって、
前記装置に流入する大気の流れを生成するように構成された複数の空気移動装置（４１６）と、
大気の流れに含まれる水分を除去するためのコンデンサ（２０２）と、
前記コンデンサからの空気の流れに含まれる二酸化炭素を抽出するように構成された第１の収集アセンブリ（３１０）と、
前記コンデンサ（２０２）からの空気の流れに含まれる二酸化炭素を抽出するように構成された第２の収集アセンブリ（３１２）と、
前記コンデンサ（２０２、４０２）からの空気の流れを、前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリに交互に方向付けるように構成されたコントローラ（３１４）と
を備えている装置。
【請求項１１】
前記第１の収集アセンブリ及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）の各々が、
コンデンサ（４０２、２０２）からの空気の流れからさらに水分を除去してほぼ乾燥した空気を生成するための除湿チャンバ（４０４）と、
内部に収容する材料に、乾燥空気に含まれる二酸化炭素を吸収させる接触器チャンバ（３０６）と
を含んでいる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の収集アセンブリ（３１０）と前記第２の収集アセンブリ（３１２）とに連結された真空チャンバ（２０２、４０８）であって、
吸収された二酸化炭素を、前記第１の収集アセンブリ及び前記第２の収集アセンブリの接触器チャンバから抜き取り、
抜き取った二酸化炭素を気相から固相に転移させる
ように構成された真空チャンバ（２０２、４０８）をさらに備えている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）のうちの一方を収集フェーズにおいて動作させ、その間に前記第１の収集アセンブリ（３１０）及び前記第２の収集アセンブリ（３１２）のうちの他方を再生フェーズにおいて動作せるように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記コントローラ（３１４）が、収集フェーズにある前記第１の収集アセンブリ又は前記第２の収集アセンブリ内の接触器チャンバを、再生フェーズにある前記第１の収集アセンブリ（３１０）又は前記第２の収集アセンブリ（３１２）内の接触器チャンバに連結することにより、両接触器チャンバ（３０６）内の圧力が実質的に均一化される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに水分チャンバ（４３０）を備えており、前記コントローラが、前記除湿チャンバ（４０４）及び前記コンデンサを用いて空気中の水分を前記水分チャンバに抽出するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５６３２９（Ｐ２０１３−５６３２９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１８７６６２（Ｐ２０１２−１８７６６２）
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８７６６２（Ｐ２０１２−１８７６６２）
【出願日】平成２４年８月２８日（２０１２．８．２８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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