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JP7650767B2 - Carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method - Google Patents
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Description

本発明は、大気に含まれる低濃度の二酸化炭素を回収して、高純度の二酸化炭素を得るための二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide capture device and a carbon dioxide capture method for capturing low-concentration carbon dioxide contained in the atmosphere to obtain high-purity carbon dioxide.

化石燃料の燃焼に伴い放出された二酸化炭素による地球温暖化が問題となっており、化石燃料の燃焼に伴う二酸化炭素の大気中への放出を抑制することが急務となっている。一方で、化石燃料の利用が、技術的あるいは経済的に避けられない用途も存在することから、大気中の二酸化炭素を回収する直接空気回収(Direct Air Capture)技術への期待が高まっている。 Global warming caused by carbon dioxide released during the combustion of fossil fuels has become a problem, and there is an urgent need to curb the release of carbon dioxide into the atmosphere from the combustion of fossil fuels. On the other hand, there are applications in which the use of fossil fuels is technically or economically unavoidable, and so there are growing expectations for direct air capture technology, which captures carbon dioxide from the atmosphere.

二酸化炭素は、水素と反応させてメタンなどの炭化水素に変換することができる。この際、水素の製造を太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギー由来の電力を用いて行うとともに、二酸化炭素は大気から回収したものを利用することとすれば、得られた炭化水素は、燃焼利用しても、燃料の製造から利用までの過程を通算して、大気中の二酸化炭素濃度を増加させることがないので、カーボンニュートラルな炭化水素となる。 Carbon dioxide can be converted into hydrocarbons such as methane by reacting with hydrogen. In this case, if the hydrogen is produced using electricity derived from renewable energy sources such as solar or wind power, and the carbon dioxide is captured from the atmosphere, the resulting hydrocarbons, even if burned, will not increase the carbon dioxide concentration in the atmosphere throughout the entire process from fuel production to use, making them carbon-neutral hydrocarbons.

燃焼排ガスからの二酸化炭素の回収技術は公知である。燃焼排ガスをアミン化合物の水溶液と接触させて、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素の大部分を除去するとともに、二酸化炭素を吸収したアミン水溶液を加熱して、体積基準で99%以上の二酸化炭素を含む高純度の二酸化炭素を回収するアミン吸収法二酸化炭素除去設備は、石炭火力発電所排ガスからの二酸化炭素回収設備として実用化されている(非特許文献1)。 Technology for recovering carbon dioxide from flue gas is well known. Amine absorption carbon dioxide removal equipment, which brings flue gas into contact with an aqueous solution of an amine compound to remove most of the carbon dioxide contained in the flue gas, and heats the aqueous amine solution that has absorbed the carbon dioxide to recover high-purity carbon dioxide containing 99% or more carbon dioxide by volume, has been put to practical use as a carbon dioxide recovery equipment for the exhaust gas from coal-fired power plants (Non-Patent Document 1).

アミン吸収法は、高純度(例えば99.5%以上)の二酸化炭素を回収できることから、回収した二酸化炭素を燃料などの原料とする際には有利である。一方で、燃焼排ガスからアミン水溶液に二酸化炭素を回収する際には、二酸化炭素分子は気液界面を通過することになり、効率的な二酸化炭素回収を行うには、気液の接触を促進する必要がある。そこで、接触面積を高めるための充填物を充填した充填塔の上部からアミン水溶液を流下させ、下部から上部に燃焼排ガスを流通して、向流接触させる方法が一般的に採用されているが、この方法ではガスの圧力損失が高くなるという問題がある。 The amine absorption method is advantageous when using the captured carbon dioxide as a raw material for fuel, etc., because it can capture high-purity (e.g., 99.5% or more) carbon dioxide. On the other hand, when capturing carbon dioxide from combustion exhaust gas in an amine aqueous solution, the carbon dioxide molecules pass through the gas-liquid interface, and for efficient carbon dioxide capture, it is necessary to promote gas-liquid contact. For this reason, a method is generally adopted in which an amine aqueous solution is allowed to flow down from the top of a packed tower filled with packing to increase the contact area, and the combustion exhaust gas is passed from the bottom to the top to achieve countercurrent contact, but this method has the problem of high gas pressure loss.

大気に含まれる二酸化炭素(約400ppm)の回収では、燃焼排ガス(通常4%~13%程度)と比較して、同じ量の二酸化炭素を回収するために処理が必要なガスの量が100~300倍となるため、ガスの圧力損失が高くなるアミン吸収法の利用は現実的ではない。 When capturing carbon dioxide contained in the atmosphere (approximately 400 ppm), the amount of gas that needs to be treated to capture the same amount of carbon dioxide compared to combustion exhaust gas (usually about 4% to 13%) is 100 to 300 times greater, so the use of the amine absorption method, which creates a high gas pressure loss, is not practical.

固体状の二酸化炭素吸着材が知られている(非特許文献2、3)。このような固体吸着材をハニカム状の担体に担持した二酸化炭素吸着体を用いると、圧力損失を抑制しながら、短時間に多量のガスを処理することができる。固体吸着材は、低温で二酸化炭素を吸着し、高温で二酸化炭素を脱離するので、低温で二酸化炭素を含む大気を流通すると、固体吸着材に二酸化炭素が吸着され、これに高温の再生用ガスを流通すると、二酸化炭素が脱離して、二酸化炭素濃度の高まったガスが得られる。 Solid carbon dioxide adsorbents are known (Non-Patent Documents 2 and 3). By using a carbon dioxide adsorbent in which such a solid adsorbent is supported on a honeycomb-shaped carrier, it is possible to process a large amount of gas in a short time while suppressing pressure loss. The solid adsorbent adsorbs carbon dioxide at low temperatures and desorbs carbon dioxide at high temperatures, so that when air containing carbon dioxide is circulated at low temperatures, carbon dioxide is adsorbed by the solid adsorbent, and when high-temperature regeneration gas is circulated through it, carbon dioxide is desorbed, resulting in a gas with an increased carbon dioxide concentration.

ハニカム状の担体を円盤状のハニカムローターとして形成し、その回転により吸着部と再生部を繰り返し移動するように構成し、連続的に大気に含まれる二酸化炭素の吸着と、再生用ガスによる再生を行うことができる二酸化炭素の濃縮装置も知られている(特許文献1)。 A carbon dioxide concentrator is also known in which a honeycomb-shaped carrier is formed into a disk-shaped honeycomb rotor, and the rotation of the rotor repeatedly moves between the adsorption section and the regeneration section, allowing continuous adsorption of carbon dioxide contained in the atmosphere and regeneration using a regeneration gas (Patent Document 1).

固体の二酸化炭素吸着材として、シリカや活性炭などの多孔質担体に、分子量の大きいアミン、例えばポリエチレンイミンなどを担持した吸着材、あるいは弱塩基性陰イオン交換樹脂などが知られており、これらの固体吸着材は、大気中の希薄な二酸化炭素でも吸着することが可能である。一方で、これらの吸着材から、常圧の下で、120℃程度よりも低い温度で、高純度の二酸化炭素を回収することは通常不可能である。これは以下の理由による。 Solid carbon dioxide adsorbents include adsorbents in which a porous carrier such as silica or activated carbon is supported with a large molecular weight amine, such as polyethyleneimine, or weakly basic anion exchange resins. These solid adsorbents are capable of adsorbing even dilute carbon dioxide in the atmosphere. However, it is usually impossible to recover high-purity carbon dioxide from these adsorbents at normal pressure and at temperatures below about 120°C. This is for the following reasons.

固体吸着材の二酸化炭素を吸着する部位をAとすると、二酸化炭素の吸着は以下の化学反応式で表される。
A+CO → A・CO (1)
When the site of the solid adsorbent that adsorbs carbon dioxide is designated as A, the adsorption of carbon dioxide is expressed by the following chemical reaction formula.
A+CO 2 → A・CO 2 (1)

ここで、25℃において、COの平衡圧が10Pa(大気中の100ppmに相当)であり、125℃においてCOの平衡圧が100kPa(大気中の100%に相当)であるとすると、反応(1)のGibbsエネルギー変化は、25℃において-22.8kJ/mol、125℃において0kJ/molとなる。狭い温度範囲においては、反応(1)のエンタルピー変化、エントロピー変化は、相変化がない限り一定とみなしうるから、25℃及び125℃のGibbsエネルギー変化からなる連立一次方程式を解くと、反応(1)のエンタルピー変化及びエントロピー変化は、エンタルピー変化ΔH=-90.9kJ/mol、エントロピー変化ΔS=-228.3J/(mol・K)と計算される。 Here, if the equilibrium pressure of CO2 at 25°C is 10 Pa (corresponding to 100 ppm in the atmosphere) and the equilibrium pressure of CO2 at 125°C is 100 kPa (corresponding to 100% in the atmosphere), the Gibbs energy change of reaction (1) is -22.8 kJ/mol at 25°C and 0 kJ/mol at 125°C. In a narrow temperature range, the enthalpy change and entropy change of reaction (1) can be considered constant unless there is a phase change. Therefore, when solving the simultaneous linear equations consisting of the Gibbs energy changes at 25°C and 125°C, the enthalpy change and entropy change of reaction (1) are calculated as enthalpy change ΔH = -90.9 kJ/mol and entropy change ΔS = -228.3 J/(mol·K).

吸着反応(1)に関し、前記のようなエンタルピー変化及びエントロピー変化を示す吸着材Aが存在すれば、25℃において大気からCOを吸着して100ppmまで二酸化炭素を低減するとともに、125℃に加熱することで常圧の二酸化炭素を回収することができる。しかし、CO(気体)の25℃における標準エントロピーは、213.6J/(mol・K)であるところ、吸着反応(1)によるエントロピーの減少が228.3J/(mol・K)であるならば、吸着反応(1)により、CO(気体)の25℃における標準エントロピーを超えたエントロピーの減少が起こることになる。気体分子の吸着によるエントロピーの減少は、気体分子の並進運動が凍結されることによるので、標準エントロピーの5割から7割程度となるのが一般的であり、吸着により、吸着分子の標準エントロピーを超えてエントロピーが減少することは、通常の吸着現象では起こり得ない。脱離温度として125℃よりも高い温度、例えば200℃を採用すれば、25℃において大気中の二酸化炭素を吸着して100ppmまで低減し、200℃において100kPaの二酸化炭素を回収することも可能であるが、再生用熱源としてよりより高温の熱源が必要となることに加えて、固体吸着材の熱劣化が進行する問題がある。特に、アミン系の吸着材やイオン交換樹脂は、高温で酸素が存在する雰囲気下では熱劣化が進行しやすい。 Regarding the adsorption reaction (1), if there is an adsorbent A that exhibits the above-mentioned enthalpy change and entropy change, it is possible to adsorb CO 2 from the atmosphere at 25° C., reduce the carbon dioxide concentration to 100 ppm, and recover normal pressure carbon dioxide by heating to 125° C. However, the standard entropy of CO 2 (gas) at 25° C. is 213.6 J/(mol·K), and if the entropy reduction due to the adsorption reaction (1) is 228.3 J/(mol·K), the adsorption reaction (1) will cause a reduction in entropy that exceeds the standard entropy of CO 2 (gas) at 25° C. The reduction in entropy due to the adsorption of gas molecules is due to the freezing of the translational motion of the gas molecules, and is generally about 50% to 70% of the standard entropy, and a reduction in entropy that exceeds the standard entropy of the adsorbed molecules due to adsorption cannot occur in a normal adsorption phenomenon. If a temperature higher than 125° C., for example 200° C., is adopted as the desorption temperature, it is possible to adsorb carbon dioxide in the atmosphere at 25° C. and reduce the carbon dioxide concentration to 100 ppm, and to recover 100 kPa of carbon dioxide at 200° C., but in addition to requiring a higher temperature heat source for regeneration, there is a problem that thermal degradation of the solid adsorbent progresses. In particular, amine-based adsorbents and ion exchange resins are prone to thermal degradation in an atmosphere in which oxygen is present at high temperatures.

特許文献2は、ガス状二酸化炭素及び二酸化炭素と異なるガスを含むガス混合物から、ガス状二酸化炭素を吸着する吸着材を用いた循環式吸着/脱着により、二酸化炭素を分離する方法を開示している。 Patent Document 2 discloses a method for separating carbon dioxide from a gas mixture containing gaseous carbon dioxide and a gas other than carbon dioxide by cyclic adsorption/desorption using an adsorbent that adsorbs gaseous carbon dioxide.

具体的には、吸着材を伴う吸着構造体を含むユニットを使用し、ユニットは400mbar abs以下の真空圧力に排気可能であり、吸着構造体は少なくともガス状二酸化炭素を脱着するために少なくとも80℃の温度まで加熱可能であり、ユニットはガス混合物の貫流と、吸着工程において吸着材をそれと接触させるために解放可能であり、以下の順序及びこの順序に繰り返す工程からなる方法であって、
(a)吸着工程において、ガス混合物を吸着材に接触させ、少なくともガス状二酸化炭素を0.8-1.1bar absの範囲の周囲大気圧条件と-40~60℃の範囲の周囲大気温度条件のもとで吸着材上に吸着させ、
(b)脱離工程において、ユニットを20-400mbar absの範囲の圧力に排気し、ユニット中の吸着材を80-130℃の範囲の温度に加熱し、少なくともユニットから脱離したガス状二酸化炭素を抽出し、ユニットの中又は下流で凝縮によってガス状二酸化炭素を水から分離し、
(c)吸着材を工程(b)の圧力で周囲大気温度条件以上の温度に強制的に冷却し、周囲大気圧条件にユニットを再加圧し、
工程(b)で蒸気をユニットに注入し、貫流させ、ユニットの圧力レベルにおいて、飽和蒸気又は130℃までの過熱蒸気温度の過熱蒸気の条件のもとで吸着材に接触させ、全工程(b)中に注入された蒸気の全工程(b)中に放出されたガス状二酸化炭素に対するモル比が40:1より少ない方法である。
Specifically, a method using a unit comprising an adsorptive structure with an adsorbent, the unit being evacuable to a vacuum pressure of up to 400 mbar abs, the adsorptive structure being heatable to a temperature of at least 80° C. for desorbing at least gaseous carbon dioxide, the unit being capable of flowing a gas mixture through and releasing it to contact the adsorbent therewith in an adsorption step, comprising the following sequence and repeating this sequence:
(a) in an adsorption step, contacting the gas mixture with an adsorbent and adsorbing at least gaseous carbon dioxide onto the adsorbent under ambient atmospheric pressure conditions in the range of 0.8-1.1 bar abs and ambient atmospheric temperature conditions in the range of -40 to 60°C;
(b) in a desorption step, evacuating the unit to a pressure in the range of 20-400 mbar abs and heating the adsorbent in the unit to a temperature in the range of 80-130° C., extracting at least the desorbed gaseous carbon dioxide from the unit and separating the gaseous carbon dioxide from the water by condensation in or downstream of the unit;
(c) forcibly cooling the adsorbent at the pressure of step (b) to a temperature above ambient atmospheric conditions and repressurizing the unit to ambient atmospheric conditions;
In step (b), steam is injected into the unit, allowed to flow through and contact the adsorbent under saturated steam or superheated steam conditions at a superheated steam temperature of up to 130° C. at the pressure level of the unit, and the molar ratio of steam injected during the entire step (b) to gaseous carbon dioxide released during the entire step (b) is less than 40:1.

この文献の方法では、二酸化炭素を吸着した吸着材を、80℃から130℃の範囲の温度に加熱することに加えて、20-400mbar abs(約0.02気圧~0.4気圧)まで減圧し、さらに過熱蒸気を共存させることにより二酸化炭素の分圧を下げる効果も併用して二酸化炭素の脱離を行っている。また、減圧排気により酸素濃度が低下することから、脱離工程における吸着材の熱劣化も抑制することができる。 In the method described in this document, the adsorbent that has adsorbed carbon dioxide is heated to a temperature range of 80°C to 130°C, and the pressure is reduced to 20-400 mbar abs (approximately 0.02 atm to 0.4 atm), and the partial pressure of carbon dioxide is lowered by coexisting superheated steam, which also reduces the partial pressure of carbon dioxide to desorb it. In addition, the oxygen concentration is reduced by the reduced pressure exhaust, which also suppresses thermal deterioration of the adsorbent during the desorption process.

しかし、過熱蒸気を併用して二酸化炭素の脱離を行うには、多量の蒸気が必要になり、二酸化炭素回収に必要なエネルギーが増大する問題がある。 However, using superheated steam in combination with carbon dioxide desorption requires a large amount of steam, which increases the amount of energy required to capture carbon dioxide.

電気ヒーターにより加熱しながら、90℃、30mbarで脱着させる方法も提案されているが(非特許文献4)、真空ポンプの設備費用がかさむほか、真空度の高い領域では、真空ポンプの効率低下が大きくなるため、多くの電力を消費する問題もある。 A method has been proposed in which desorption is performed at 90°C and 30 mbar while heating with an electric heater (Non-Patent Document 4), but this requires high equipment costs for the vacuum pump, and there is also the problem that a large amount of electricity is consumed because the efficiency of the vacuum pump decreases significantly in areas with a high degree of vacuum.

また、減圧により二酸化炭素を脱離させる場合、減圧に耐える容器内で二酸化炭素の脱離を行う必要があることから、設備コストが増大する問題があるほか、空気の漏れ込みにより、回収される二酸化炭素の濃度が低下することが避けがたい。 In addition, when desorbing carbon dioxide by reducing pressure, it is necessary to carry out the desorption in a container that can withstand reduced pressure, which increases the cost of equipment and inevitably reduces the concentration of the captured carbon dioxide due to air leakage.

以上をまとめると、大気に含まれる低濃度の二酸化炭素を回収して、高純度の二酸化炭素を得るための二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法はなお確立されていないのが実情である。 In summary, the reality is that no carbon dioxide capture device or method has yet been established to capture low-concentration carbon dioxide contained in the atmosphere and obtain high-purity carbon dioxide.

特開2017-154063号公報JP 2017-154063 A 特許第6622302号公報Patent No. 6622302

中神、エネルギー・資源、40巻3号、193-196頁(2019年)Nakagami, Energy and Resources, Vol. 40, No. 3, pp. 193-196 (2019) C.W.Jonesほか、Chemical Reviews、116巻、11840-11876頁(2016年)C. W. Jones et al., Chemical Reviews, Vol. 116, pp. 11840-11876 (2016) 余語、ゼオライト、37巻2号、47-58頁(2020年)Yogo, Zeolite, Vol. 37, No. 2, pp. 47-58 (2020) 国立研究開発法人科学技術振興機構低炭素社会戦略センター、二酸化炭素のDirect Air Capture(DAC)法のコストと評価(Vol.2)(2021年)Japan Science and Technology Agency, Center for Low Carbon Society Strategy, Cost and Evaluation of the Direct Air Capture (DAC) Method for Carbon Dioxide (Vol. 2) (2021)

本発明が解決しようとする課題は、以上の問題に鑑み、大気に含まれる低濃度の二酸化炭素を回収して、高純度の二酸化炭素を得るための経済的に優れた二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法を提供することである。 In view of the above problems, the problem that the present invention aims to solve is to provide an economically superior carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method for capturing low-concentration carbon dioxide contained in the atmosphere and obtaining high-purity carbon dioxide.

上記課題を解決するために、本発明は、
二酸化炭素を可逆的に吸脱着可能な吸着材を含有し、二酸化炭素を含有する空気が供給される吸着ローターと、
前記吸着ローターに60℃以上120℃以下の再生用ガスを供給する再生用ガス供給部と、
前記吸着ローターを通過した前記再生用ガスからアミン吸収法によって二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収部と、を備えるとともに、
前記二酸化炭素回収部で二酸化炭素が分離された前記再生用ガスが前記再生用ガス供給部に送入されて循環利用されるように構成され、
前記再生用ガスの循環経路内に、前記再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減するための酸素除去部を備える二酸化炭素回収装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides
an adsorption rotor containing an adsorbent capable of reversibly adsorbing and desorbing carbon dioxide and to which air containing carbon dioxide is supplied;
a regeneration gas supply unit for supplying a regeneration gas having a temperature of 60° C. or higher and 120° C. or lower to the adsorption rotor;
A carbon dioxide recovery unit that separates and recovers carbon dioxide from the regeneration gas that has passed through the adsorption rotor by an amine absorption method;
The regeneration gas from which carbon dioxide has been separated in the carbon dioxide recovery unit is sent to the regeneration gas supply unit and recycled.
The carbon dioxide recovery device further includes an oxygen removal unit for reducing the concentration of oxygen contained in the regeneration gas, the oxygen removal unit being provided in a circulation path of the regeneration gas.

この構成によれば、大量の空気を圧力損失の低い吸着ローターで処理して、再生用ガス中の二酸化炭素濃度を高めたのちに、アミン吸収法を利用する二酸化炭素分離部で二酸化炭素を回収することから、大量の空気を効率的に処理しつつ、高純度の二酸化炭素を回収することができる。加えて、再生用ガスの酸素濃度が空気中の酸素濃度よりも低く保たれることから、再生用ガスの温度が高い場合でも、吸着材の熱劣化が抑制できる。 According to this configuration, a large amount of air is processed by an adsorption rotor with low pressure loss to increase the carbon dioxide concentration in the regeneration gas, and then the carbon dioxide is recovered in a carbon dioxide separation section that uses an amine absorption method, making it possible to efficiently process a large amount of air while recovering high-purity carbon dioxide. In addition, because the oxygen concentration in the regeneration gas is kept lower than the oxygen concentration in the air, thermal deterioration of the adsorbent can be suppressed even when the temperature of the regeneration gas is high.

また、上記の発明において、前記酸素除去部が、前記再生用ガスに水素を添加する水素添加手段と、前記水素添加手段で添加された水素を、前記再生用ガスに含まれる酸素との反応により接触酸化させる酸化触媒とからなるものであると、簡単な設備で容易に吸着ローター再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減することができる。 In the above invention, if the oxygen removal unit is composed of a hydrogen addition means for adding hydrogen to the regeneration gas and an oxidation catalyst for catalytically oxidizing the hydrogen added by the hydrogen addition means through a reaction with the oxygen contained in the regeneration gas, the concentration of oxygen contained in the adsorption rotor regeneration gas can be easily reduced with simple equipment.

また、上記の発明において、前記吸着ローターが、大気圧下に設置される構成であると、吸着ローターによる二酸化炭素の吸脱着を大気圧下において行うことができ、減圧下において行う場合と比較して、より経済的に優れたものとなる。 In addition, in the above invention, if the adsorption rotor is configured to be installed under atmospheric pressure, the adsorption and desorption of carbon dioxide by the adsorption rotor can be performed under atmospheric pressure, which is more economical than performing the adsorption and desorption under reduced pressure.

また、上記課題を解決するために、本発明は、
二酸化炭素を含有する空気を、二酸化炭素を可逆的に吸脱着可能な吸着材を含有する吸着ローターに0℃以上40℃以下で接触させて、前記空気に含まれる二酸化炭素を前記吸着ローターに吸着させる吸着工程と、
二酸化炭素を吸着した前記吸着ローターに60℃以上120℃以下の再生用ガスを通じて、体積基準で2%以上10%以下の二酸化炭素を含有する前記再生用ガスを回収する再生工程と、
前記再生工程で回収した前記再生用ガスをアミン水溶液に接触させて、前記アミン水溶液に二酸化炭素を吸収させ、体積基準で0.2%以上1%以下の二酸化炭素を含有する前記再生用ガスを回収する再生用ガス回収工程と、
二酸化炭素を吸収した前記アミン水溶液を100℃以上150℃以下に加熱して、脱水後の体積基準で99%以上の二酸化炭素を含有するガスを回収する二酸化炭素回収工程と、を含み、
前記再生用ガス回収工程で回収した前記再生用ガスを60℃以上120℃以下に加熱するとともに、酸素の少なくとも一部を除去して前記再生用ガスとして循環利用する二酸化炭素回収方法も提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a liquid crystal display comprising:
an adsorption step of contacting air containing carbon dioxide with an adsorption rotor containing an adsorbent capable of reversibly adsorbing and desorbing carbon dioxide at a temperature of 0° C. or higher and 40° C. or lower to adsorb the carbon dioxide contained in the air onto the adsorption rotor;
a regeneration step of passing a regeneration gas at 60° C. or higher and 120° C. or lower through the adsorption rotor having adsorbed carbon dioxide, and recovering the regeneration gas containing 2% to 10% carbon dioxide by volume;
a regeneration gas recovery step of contacting the regeneration gas recovered in the regeneration step with an aqueous amine solution to absorb carbon dioxide into the aqueous amine solution and recovering the regeneration gas containing 0.2% to 1% carbon dioxide on a volume basis;
a carbon dioxide recovery step of heating the aqueous amine solution having absorbed carbon dioxide to 100° C. or more and 150° C. or less to recover a gas containing 99% or more of carbon dioxide on a volume basis after dehydration,
The present invention also provides a carbon dioxide recovery method in which the regeneration gas recovered in the regeneration gas recovery step is heated to 60° C. or higher and 120° C. or lower, and at least a portion of the oxygen is removed from the regeneration gas, followed by recycling the gas as the regeneration gas.

この方法によれば、大量の空気を圧力損失の低い吸着ローターで処理して、再生用ガス中の二酸化炭素濃度を体積基準で2%以上10%以下に高めたのちに、アミン吸収法を利用する二酸化炭素回収部で二酸化炭素を回収することから、大量の空気を効率的に処理しつつ、脱水後の体積基準で99%以上の二酸化炭素を含む高純度の二酸化炭素を回収することができる。加えて、再生用ガスの酸素濃度が空気中の酸素濃度よりも低く保たれることから、再生用ガスの温度が高い場合でも、吸着材の熱劣化が抑制できる。 According to this method, a large amount of air is processed with an adsorption rotor with low pressure loss to increase the carbon dioxide concentration in the regeneration gas to 2% to 10% by volume, and then the carbon dioxide is captured in a carbon dioxide capture section that uses an amine absorption method. This makes it possible to efficiently process a large amount of air while capturing high-purity carbon dioxide that contains 99% or more carbon dioxide by volume after dehydration. In addition, because the oxygen concentration of the regeneration gas is kept lower than the oxygen concentration in the air, thermal degradation of the adsorbent can be suppressed even when the temperature of the regeneration gas is high.

また、上記の発明において、前記再生用ガスからの酸素の除去は、前記再生用ガスに水素を添加した後、酸化触媒に接触させて、前記水素と前記再生用ガスに含まれる酸素とを反応させて水蒸気に変換する方法で行うと、容易に吸着ローター再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減することができる。 In the above invention, the oxygen is removed from the regeneration gas by adding hydrogen to the regeneration gas, then contacting it with an oxidation catalyst to react the hydrogen with the oxygen contained in the regeneration gas and convert it into water vapor. This makes it easy to reduce the concentration of oxygen contained in the adsorption rotor regeneration gas.

また、上記の発明において、前記吸着工程及び前記再生工程を大気圧下で行う構成とすれば、吸着ローターによる二酸化炭素の吸脱着を大気圧下において行うことができ、減圧下において行う場合と比較して、より経済的に優れたものとなる。 In addition, in the above invention, if the adsorption process and the regeneration process are performed under atmospheric pressure, the adsorption and desorption of carbon dioxide by the adsorption rotor can be performed under atmospheric pressure, which is more economical than performing the process under reduced pressure.

以上の構成によれば、経済的に有利な方法で、大気に含まれる低濃度の二酸化炭素を回収して、高純度の二酸化炭素を得ることができる。 The above configuration makes it possible to recover low-concentration carbon dioxide contained in the atmosphere and obtain high-purity carbon dioxide in an economically advantageous manner.

本発明の二酸化炭素回収装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a carbon dioxide capture device according to the present invention.

以下、本発明にかかる二酸化炭素回収装置及び二酸化炭素回収方法の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method according to the present invention.

〔二酸化炭素回収装置の概要〕
図1に示すように、本例の二酸化炭素回収装置は、二酸化炭素を可逆的に吸脱着可能な吸着材を含有し、二酸化炭素を含有する空気が供給される吸着ローター1や吸着ローター1に60℃以上120℃以下の再生用ガスを供給する再生用ガス供給部2、吸着ローター1を通過した再生用ガスからアミン吸収法によって二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収部3を備えるとともに、二酸化炭素回収部3で二酸化炭素が分離された再生用ガスが再生用ガス供給部2に送入されて循環利用されるように構成され、再生用ガスの循環経路内に、再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減するための酸素除去部4を備える。
[Outline of carbon dioxide capture device]
As shown in FIG. 1, the carbon dioxide capture device of this example contains an adsorbent capable of reversibly adsorbing and desorbing carbon dioxide, and is equipped with an adsorption rotor 1 to which air containing carbon dioxide is supplied, a regeneration gas supply unit 2 that supplies a regeneration gas at 60° C. or higher and 120° C. or lower to the adsorption rotor 1, and a carbon dioxide capture unit 3 that separates and recovers carbon dioxide from the regeneration gas that has passed through the adsorption rotor 1 by an amine absorption method, and is configured so that the regeneration gas from which carbon dioxide has been separated in the carbon dioxide capture unit 3 is sent to the regeneration gas supply unit 2 and recycled, and is equipped with an oxygen removal unit 4 in the circulation path of the regeneration gas for reducing the concentration of oxygen contained in the regeneration gas.

〔吸着ローター〕
吸着ローター1は、軸中心に回転自在に支持されており、一定の速度で所定方向(例えば、図1の矢印X方向)に回転するように構成される。この吸着ローター1は、大気圧下に設置されている。この吸着ローター1においては、処理位置1aにおいて二酸化炭素を含有する空気が供給され、空気が供給された箇所が吸着ローター1の回転によって後述する再生用ガスが供給される再生位置1bに移動する。尚、吸着ローター1の基材は、十分な強度があって、変形しにくく、比熱容量が小さいものであれば、その材質は問わないが、セラミックペーパー、活性炭素繊維ペーパー、耐熱性の有機繊維紙などを加工したコルゲートハニカムが好ましい。本例の吸着ローター1は、基材としてコルゲートハニカムを採用し、ハニカム構造を構成する柱体の柱方向が回転軸とほぼ平行となるように構成したものである。図1では、吸着ローター1に対して、柱方向一方側から空気が供給され、他方側から再生用ガスが供給されるようになっている。尚、空気の供給方向と再生用ガスの供給方向とが同方向であっても構わない。
[Adsorption rotor]
The adsorption rotor 1 is supported rotatably around the axis and is configured to rotate at a constant speed in a predetermined direction (for example, the direction of the arrow X in FIG. 1). The adsorption rotor 1 is installed under atmospheric pressure. In the adsorption rotor 1, air containing carbon dioxide is supplied at a treatment position 1a, and the portion to which the air is supplied moves to a regeneration position 1b, to which a regeneration gas is supplied, as described later, by the rotation of the adsorption rotor 1. The base material of the adsorption rotor 1 may be any material as long as it has sufficient strength, is not easily deformed, and has a small specific heat capacity, but corrugated honeycomb made of ceramic paper, activated carbon fiber paper, heat-resistant organic fiber paper, etc. is preferable. The adsorption rotor 1 of this example adopts a corrugated honeycomb as the base material, and is configured so that the column direction of the columnar body constituting the honeycomb structure is approximately parallel to the rotation axis. In FIG. 1, air is supplied to the adsorption rotor 1 from one side of the column direction, and regeneration gas is supplied from the other side. The supply direction of the air and the supply direction of the regeneration gas may be the same.

二酸化炭素を可逆的に吸脱着できる吸着材としては、0℃以上40℃以下で大気に接触させて、大気中の二酸化炭素を吸着できるものであればよい。テトラエチレンペンタアミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサアミン(PEHA)、ポリエチレンイミン(PEI)を高比表面積のシリカや活性炭などに担持した吸着材、一又は二級アミノ基を官能基として持つ弱塩基性陰イオン交換樹脂からなる吸着材、KやNaの炭酸塩又は炭酸水素塩を活性炭やシリカ、アルミナなどに添着又は担持した吸着材などが例示できる。 Adsorbents capable of reversibly absorbing and desorbing carbon dioxide may be any material capable of adsorbing carbon dioxide in the air when in contact with the air at temperatures between 0°C and 40°C. Examples include adsorbents in which tetraethylenepentamine (TEPA), pentaethylenehexamine (PEHA), or polyethyleneimine (PEI) is supported on silica or activated carbon with a high specific surface area, adsorbents made of weakly basic anion exchange resins having primary or secondary amino groups as functional groups, and adsorbents in which carbonates or hydrogencarbonates of K or Na are attached to or supported on activated carbon, silica, alumina, etc.

この吸着ローター1に、二酸化炭素を含有する空気を、大気圧下において0℃以上40℃以下で接触させることで、空気に含まれる二酸化炭素を吸着させることができる(吸着工程)。 By contacting this adsorption rotor 1 with air containing carbon dioxide at atmospheric pressure and at a temperature between 0°C and 40°C, the carbon dioxide contained in the air can be adsorbed (adsorption process).

〔再生用ガス供給部〕
再生用ガス供給部2は、再生用ガスを60℃以上120℃以下に加熱して、吸着ローター1のうち再生位置1bに位置する箇所(以下、「吸着ローター1の再生箇所」ともいう)に送入するものであり、ブロアー21や複数の熱交換器22,23,24で構成される。また、再生用ガス供給部2では、吸着ローター1の再生箇所に送入された再生用ガスが、後述する二酸化炭素回収部3の吸収塔31に供給された後に回収され、吸着ローター1の再生箇所に再度送入される。つまり、再生用ガス供給部2は、再生用ガスの循環利用を可能にする循環経路を有する。
[Regeneration gas supply section]
The regeneration gas supplying unit 2 heats the regeneration gas to 60° C. or higher and 120° C. or lower and supplies it to a portion of the adsorption rotor 1 located at the regeneration position 1b (hereinafter also referred to as the "regeneration portion of the adsorption rotor 1"), and is composed of a blower 21 and multiple heat exchangers 22, 23, and 24. In addition, in the regeneration gas supplying unit 2, the regeneration gas supplied to the regeneration portion of the adsorption rotor 1 is supplied to an absorption tower 31 of the carbon dioxide capture unit 3, which will be described later, and then recovered, and is again supplied to the regeneration portion of the adsorption rotor 1. In other words, the regeneration gas supplying unit 2 has a circulation path that enables cyclical use of the regeneration gas.

尚、図1に示した再生用ガス供給部2は、複数の熱交換器として、吸着ローター1の再生箇所に送給される再生用ガスを蒸気により加熱する熱交換器22と、熱交換器22に送給される前の再生用ガスを吸着ローター1の再生箇所を通過した再生用ガスにより予熱する熱交換器23と、吸着ローター1及び熱交換器23を通過した再生用ガスを、後述する二酸化炭素回収部3の吸収塔31に送入する前に冷却水で冷却する熱交換器24とを備える。このように、複数の熱交換器22,23,24を備えることで、エネルギー消費を低減することができる。例えば、吸着ローター1出口の再生用ガス(吸着ローター1の再生箇所を通過した再生用ガス)の温度は通常60℃以上となっているので、後述する二酸化炭素回収部3の吸収塔31を出て、熱交換器22に送給される前の再生用ガスと熱交換することで、熱交換器22において再生用ガスの加熱に必要なエネルギーを低減できる。 The regeneration gas supply unit 2 shown in FIG. 1 includes a heat exchanger 22 that heats the regeneration gas to be sent to the regeneration point of the adsorption rotor 1 with steam, a heat exchanger 23 that preheats the regeneration gas before being sent to the heat exchanger 22 with the regeneration gas that has passed through the regeneration point of the adsorption rotor 1, and a heat exchanger 24 that cools the regeneration gas that has passed through the adsorption rotor 1 and the heat exchanger 23 with cooling water before being sent to the absorption tower 31 of the carbon dioxide capture unit 3 described later. In this way, by providing a plurality of heat exchangers 22, 23, and 24, energy consumption can be reduced. For example, the temperature of the regeneration gas at the outlet of the adsorption rotor 1 (the regeneration gas that has passed through the regeneration point of the adsorption rotor 1) is usually 60° C. or higher, so that the energy required to heat the regeneration gas in the heat exchanger 22 can be reduced by exchanging heat with the regeneration gas that has left the absorption tower 31 of the carbon dioxide capture unit 3 described later and is not yet sent to the heat exchanger 22.

この再生用ガス供給部2によって、吸着ローター1の再生箇所に再生用ガスを供給することにより、吸着ローター1に吸着されていた二酸化炭素が吸着材から脱離して、再生用ガスに回収され、吸着ローター1が再生される。再生用ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、できるだけ低いほうが、効率的に吸着ローター1を再生することができるが、後述するアミン吸収法を利用する二酸化炭素回収部3での二酸化炭素除去率が通常80%~95%程度の範囲となることから、通常は体積基準で0.2%~1%の二酸化炭素を含む。 By supplying regeneration gas to the regeneration point of the adsorption rotor 1 by this regeneration gas supply unit 2, the carbon dioxide adsorbed in the adsorption rotor 1 is desorbed from the adsorbent and recovered in the regeneration gas, thereby regenerating the adsorption rotor 1. The lower the concentration of carbon dioxide contained in the regeneration gas, the more efficiently the adsorption rotor 1 can be regenerated. However, since the carbon dioxide removal rate in the carbon dioxide recovery unit 3, which uses the amine absorption method described below, is usually in the range of about 80% to 95%, the regeneration gas usually contains 0.2% to 1% carbon dioxide by volume.

吸着ローター1に送給する再生用ガスは、その温度が高いほど、吸着ローター1の再生を短時間で行うことができ、再生用ガスに回収される二酸化炭素の濃度が高まりやすいが、一方で、温度が高いほど、吸着材の熱劣化が進行する懸念もある。従って、再生用ガスの加熱温度は、60℃以上120℃以下とする必要があり、より好ましくは75℃~105℃の範囲とする。 The higher the temperature of the regeneration gas fed to the adsorption rotor 1, the shorter the time required to regenerate the adsorption rotor 1 and the higher the concentration of carbon dioxide captured in the regeneration gas. However, the higher the temperature, the more likely it is that the thermal degradation of the adsorbent will progress. Therefore, the heating temperature of the regeneration gas must be between 60°C and 120°C, and more preferably in the range of 75°C to 105°C.

吸着ローター1を通過した再生用ガスは、吸着ローター1から脱離した二酸化炭素を含むので、体積基準で2%~10%の二酸化炭素を含む。 The regeneration gas that has passed through the adsorption rotor 1 contains carbon dioxide that has been desorbed from the adsorption rotor 1, and therefore contains 2% to 10% carbon dioxide by volume.

この再生用ガス供給部2によれば、大気圧下において、二酸化炭素を吸着した吸着ローター1に60℃以上120℃以下の再生用ガスを通じて、体積基準で2%以上10%以下の二酸化炭素を含有する再生用ガスを回収できる(再生工程)。 This regeneration gas supply unit 2 allows for the recovery of regeneration gas containing 2% to 10% carbon dioxide by volume by passing a regeneration gas at 60°C to 120°C through the adsorption rotor 1 that has adsorbed carbon dioxide under atmospheric pressure (regeneration process).

〔二酸化炭素回収部〕
二酸化炭素回収部3は、吸着ローター1の再生箇所を通過した、体積基準で2%~10%の二酸化炭素を含んだ再生用ガスから、アミン吸収法を利用して二酸化炭素を分離し、高濃度の二酸化炭素を含むガスを得るとともに、体積基準で0.2%~1%の二酸化炭素を含むガスを得るものである。
[Carbon Dioxide Recovery Section]
The carbon dioxide recovery section 3 separates carbon dioxide from the regeneration gas, which has passed through the regeneration point of the adsorption rotor 1 and contains 2% to 10% carbon dioxide by volume, by utilizing an amine absorption method to obtain a gas containing a high concentration of carbon dioxide, and also obtains a gas containing 0.2% to 1% carbon dioxide by volume.

二酸化炭素回収部3は、公知のアミン吸収法を利用する二酸化炭素回収方法が採用でき、例えば、図1に示すように、吸収塔31や再生塔32、気液分離器33、循環用ポンプ34、複数の熱交換器35,36,37,38で構成される。 The carbon dioxide capture section 3 can employ a carbon dioxide capture method that utilizes a known amine absorption method, and is composed of, for example, an absorption tower 31, a regeneration tower 32, a gas-liquid separator 33, a circulation pump 34, and multiple heat exchangers 35, 36, 37, and 38, as shown in FIG. 1.

この二酸化炭素回収部3では、幾何学的な表面積を高めるため充填剤を充填した吸収塔31の上部から、アミン水溶液を流下させるとともに、被処理ガス、ここでは吸着ローター1の再生箇所を通過し、体積基準で2%~10%の二酸化炭素を含んだ再生用ガスを吸収塔31の下部から送入して、アミン水溶液と被処理ガスを向流接触させ、被処理ガスに含まれる二酸化炭素をアミン水溶液に回収する。 In this carbon dioxide recovery section 3, an aqueous amine solution is allowed to flow down from the top of the absorption tower 31, which is packed with a packing material to increase the geometric surface area, while the gas to be treated, in this case a regeneration gas that has passed through the regeneration section of the adsorption rotor 1 and contains 2% to 10% carbon dioxide by volume, is fed in from the bottom of the absorption tower 31, bringing the aqueous amine solution into countercurrent contact with the gas to be treated, and the carbon dioxide contained in the gas to be treated is recovered in the aqueous amine solution.

二酸化炭素を吸収したアミン水溶液は、再生塔32に送入され、熱交換器36での低圧蒸気などを温熱源とする熱交換によって100℃~150℃に加熱され、吸収した二酸化炭素を放出し、熱交換器35での吸収塔31から送出されたアミン水溶液を冷熱源とする熱交換及び熱交換器37での冷却水を冷熱源とする熱交換によって冷却されて、吸収塔31に返送される。再生塔32内においてアミン水溶液から放出された二酸化炭素は、再生塔32内の水蒸気とともに、熱交換器38での冷却水を冷熱源とする熱交換によって冷却されて、気液分離器33に送入され、当該気液分離器33において水と分離されて回収される。このようにして回収される二酸化炭素は、通常99%以上であり、好ましくは99.5%以上の純度となる。 The amine aqueous solution that has absorbed carbon dioxide is sent to the regeneration tower 32, where it is heated to 100°C to 150°C by heat exchange in the heat exchanger 36 using low-pressure steam as a hot heat source, and the absorbed carbon dioxide is released. It is cooled by heat exchange in the heat exchanger 35 using the amine aqueous solution sent from the absorption tower 31 as a cold heat source, and by heat exchange in the heat exchanger 37 using cooling water as a cold heat source, and is returned to the absorption tower 31. The carbon dioxide released from the amine aqueous solution in the regeneration tower 32 is cooled by heat exchange in the heat exchanger 38 using cooling water as a cold heat source together with the water vapor in the regeneration tower 32, and sent to the gas-liquid separator 33, where it is separated from the water and recovered. The carbon dioxide recovered in this way is usually 99% or more, and preferably has a purity of 99.5% or more.

アミン水溶液に用いるアミンとしては、モノエタノールアミン(MEA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、2-エチルアミノエタノール(EAE)などが使用でき、再生塔32における加熱温度及びアミン水溶液の流量を適切に選択することにより、体積基準で2%~10%の二酸化炭素を含んだ再生用ガスから二酸化炭素を除去して、体積基準で0.2%~1%の二酸化炭素を含むガスを得ることができる。 Amines that can be used in the aqueous amine solution include monoethanolamine (MEA), methyldiethanolamine (MDEA), and 2-ethylaminoethanol (EAE). By appropriately selecting the heating temperature in the regeneration tower 32 and the flow rate of the aqueous amine solution, it is possible to remove carbon dioxide from the regeneration gas that contains 2% to 10% carbon dioxide by volume, and obtain a gas that contains 0.2% to 1% carbon dioxide by volume.

このような二酸化炭素回収部3によれば、再生工程で回収した再生用ガス(体積基準で2%以上10%以下の二酸化炭素を含有する再生用ガス)をアミン水溶液に接触させて、アミン水溶液に二酸化炭素を吸収させ、体積基準で0.2%以上1%以下の二酸化炭素を含有する再生用ガスを回収できる(再生用ガス回収工程)。また、二酸化炭素を吸収したアミン水溶液を100℃以上150℃以下に加熱して、脱水後の体積基準で99%以上の二酸化炭素を含有するガスを回収できる(二酸化炭素回収工程)。 With this carbon dioxide recovery unit 3, the regeneration gas recovered in the regeneration process (regeneration gas containing 2% to 10% carbon dioxide by volume) is brought into contact with an aqueous amine solution to absorb carbon dioxide into the aqueous amine solution, and a regeneration gas containing 0.2% to 1% carbon dioxide by volume can be recovered (regeneration gas recovery process). In addition, the aqueous amine solution that has absorbed carbon dioxide can be heated to 100°C to 150°C to recover a gas containing 99% or more carbon dioxide by volume after dehydration (carbon dioxide recovery process).

〔酸素除去部〕
酸素除去部4は、再生用ガスの循環経路内に、再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減するものである。
[Oxygen removal section]
The oxygen remover 4 reduces the concentration of oxygen contained in the regenerating gas within the circulation path of the regenerating gas.

再生用ガスとして空気に代えて窒素を用いると、吸着ローター1から二酸化炭素を脱離させる際に(吸着ローター1を再生させる際に)おける吸着材の熱劣化が抑制できるだけでなく、二酸化炭素回収部3でアミン水溶液に溶解する酸素の量も低減できることから、アミン水溶液の劣化も抑制できるため、運転費用が低減できる。しかし、吸着ローター1を用いて、吸着及び再生を連続的に行う二酸化炭素回収方法では、吸着ローター1の隙間などからの空気の漏れこみを完全に排除することは困難であり、窒素を充填して運転を始めたとしても、徐々に空気に置き換わることが避けられない。 When nitrogen is used as the regeneration gas instead of air, not only can thermal deterioration of the adsorbent be suppressed when carbon dioxide is desorbed from the adsorption rotor 1 (when the adsorption rotor 1 is regenerated), but the amount of oxygen dissolved in the amine aqueous solution in the carbon dioxide capture section 3 can also be reduced, suppressing deterioration of the amine aqueous solution and reducing operating costs. However, in a carbon dioxide capture method that uses the adsorption rotor 1 to perform adsorption and regeneration continuously, it is difficult to completely prevent air from leaking in through gaps in the adsorption rotor 1, and even if nitrogen is filled and operation is started, it is inevitable that it will gradually be replaced by air.

そこで、本発明では、再生用ガスの循環経路内に、再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減するための酸素除去部4を設けて、再生用ガスの酸素濃度を空気よりも十分低い水準で一定に保つように構成している。 Therefore, in the present invention, an oxygen removal section 4 is provided in the circulation path of the regeneration gas to reduce the concentration of oxygen contained in the regeneration gas, and the oxygen concentration of the regeneration gas is kept constant at a level sufficiently lower than that of air.

水素と酸素との反応は、Ptなどの貴金属を担持した酸化触媒を用いると室温付近から開始することが知られており、60℃以上であれば十分な速度で進行する。例えば、図1に示すように、二酸化炭素回収部3から返送され、再度吸着ローター1の再生箇所へと送給される再生用ガスに、水素供給部41(水素添加手段)から水素を添加するとともに、60℃以上に加熱した上で、容器に収容された酸化触媒42に通じる構成とすれば、添加された水素と再生用ガスに含まれる酸素とを反応させて水蒸気に変換できる。したがって、再生用ガスの酸素濃度が低減できるとともに、再生用ガスを水素の燃焼熱によりさらに加熱することができる。 It is known that the reaction between hydrogen and oxygen starts near room temperature when an oxidation catalyst carrying a precious metal such as Pt is used, and proceeds at a sufficient rate at 60°C or higher. For example, as shown in FIG. 1, if hydrogen is added from a hydrogen supply unit 41 (hydrogen addition means) to the regeneration gas returned from the carbon dioxide capture unit 3 and sent again to the regeneration point of the adsorption rotor 1, and the gas is heated to 60°C or higher before passing through an oxidation catalyst 42 housed in a container, the added hydrogen can react with the oxygen contained in the regeneration gas to convert it into water vapor. Therefore, the oxygen concentration of the regeneration gas can be reduced, and the regeneration gas can be further heated by the heat of combustion of hydrogen.

酸化触媒は、Ptをアルミナやチタニア、ジルコニアなどの無機酸化物担体に担持したものが好ましく、必要に応じてPdやRhを助触媒として添加してもよい。酸化触媒の形状は問わないが、コージェライトやステンレス箔からなるハニカム担体に触媒成分をコートしたハニカム触媒を用いると、圧力損失が小さく有利である。 The oxidation catalyst is preferably Pt supported on an inorganic oxide carrier such as alumina, titania, or zirconia, and Pd or Rh may be added as a promoter if necessary. The shape of the oxidation catalyst is not important, but the use of a honeycomb catalyst in which catalytic components are coated on a honeycomb carrier made of cordierite or stainless steel foil is advantageous because it reduces pressure loss.

水素の添加量は、循環経路内への空気の漏れこみ量を勘案して、適宜設定できるが、通常は再生用ガスに対して体積基準で0.05~0.3%程度とする。 The amount of hydrogen added can be set appropriately, taking into account the amount of air leaking into the circulation path, but is usually set at about 0.05 to 0.3% by volume of the regeneration gas.

〔別実施形態〕
〔1〕上例では、エネルギー消費を低減するために、熱交換器を用いて適宜熱交換を行う態様としたが、これに限られるものではなく、熱交換を行わない態様であってもよい。
[Another embodiment]
[1] In the above example, in order to reduce energy consumption, a heat exchanger is used to perform heat exchange as appropriate, but this is not limited to this and may be a configuration in which heat exchange is not performed.

〔2〕上例では、酸素除去部4が水素供給部41や酸化触媒42からなる態様としたが、これに限られるものではなく、再生用ガスに含まれる酸素濃度の低減を図れる態様であれば、どのような態様であってもよい。 [2] In the above example, the oxygen removal unit 4 is configured to include a hydrogen supply unit 41 and an oxidation catalyst 42, but this is not limited thereto, and any configuration may be used as long as it is possible to reduce the oxygen concentration contained in the regeneration gas.

〔3〕上例では、吸着ローター1を大気圧下に設置し、吸着ローター1による空気に含まれる二酸化炭素の吸着(吸着工程)及び吸着ローター1からの二酸化炭素の脱離による吸着ローター1の再生(再生工程)を大気圧下において行う態様としたが、これに限られるものではない。必ずしも吸着ローター1を大気圧下に設置する必要はなく、吸着ローター1を、経済性を損なわない範囲での減圧が可能な容器内に収容してもよく、この場合には、吸着工程や再生工程を、経済性を損なわない範囲で減圧した圧力下で行ってもよい。 [3] In the above example, the adsorption rotor 1 is installed under atmospheric pressure, and the adsorption of carbon dioxide contained in the air by the adsorption rotor 1 (adsorption process) and the regeneration of the adsorption rotor 1 by desorption of carbon dioxide from the adsorption rotor 1 (regeneration process) are performed under atmospheric pressure, but this is not limited to the above. The adsorption rotor 1 does not necessarily have to be installed under atmospheric pressure, and the adsorption rotor 1 may be housed in a container that allows for reduced pressure within an economical range. In this case, the adsorption process and the regeneration process may be performed under reduced pressure within an economical range.

尚、上記実施形態(別実施形態を含む、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。 The configurations disclosed in the above embodiment (including other embodiments, the same applies below) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments, provided no contradictions arise. Furthermore, the embodiments disclosed in this specification are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. Appropriate modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明は、大気に含まれる低濃度の二酸化炭素を回収して、高純度の二酸化炭素を得る装置及び方法として利用することができる。 The present invention can be used as an apparatus and method for recovering low-concentration carbon dioxide contained in the atmosphere and obtaining high-purity carbon dioxide.

1 :吸着ローター
2 :再生用ガス供給部
21 :ブロアー
22,23,24:熱交換器
3 :二酸化炭素回収部
31 :吸収塔
32 :再生塔
33 :気液分離器
34 :循環用ポンプ
35,36,37,38:熱交換器
4 :酸素除去部
41 :水素供給部(水素添加手段)
1: Adsorption rotor 2: Regeneration gas supply section 21: Blower 22, 23, 24: Heat exchanger 3: Carbon dioxide recovery section 31: Absorption tower 32: Regeneration tower 33: Gas-liquid separator 34: Circulation pump 35, 36, 37, 38: Heat exchanger 4: Oxygen removal section 41: Hydrogen supply section (hydrogen addition means)

Claims (6)

二酸化炭素を可逆的に吸脱着可能な吸着材を含有し、二酸化炭素を含有する空気が供給される吸着ローターと、
前記吸着ローターに60℃以上120℃以下の再生用ガスを供給する再生用ガス供給部と、
前記吸着ローターを通過した前記再生用ガスからアミン吸収法によって二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収部と、を備えるとともに、
前記二酸化炭素回収部で二酸化炭素が分離された前記再生用ガスが前記再生用ガス供給部に送入されて循環利用されるように構成され、
前記再生用ガスの循環経路内に、前記再生用ガスに含まれる酸素の濃度を低減するための酸素除去部を備える二酸化炭素回収装置。
an adsorption rotor containing an adsorbent capable of reversibly adsorbing and desorbing carbon dioxide and to which air containing carbon dioxide is supplied;
a regeneration gas supply unit for supplying a regeneration gas having a temperature of 60° C. or higher and 120° C. or lower to the adsorption rotor;
A carbon dioxide recovery unit that separates and recovers carbon dioxide from the regeneration gas that has passed through the adsorption rotor by an amine absorption method;
The regeneration gas from which carbon dioxide has been separated in the carbon dioxide recovery unit is sent to the regeneration gas supply unit and recycled.
The carbon dioxide recovery apparatus further comprises an oxygen removal unit in a circulation path of the regeneration gas for reducing the concentration of oxygen contained in the regeneration gas.
前記酸素除去部が、前記再生用ガスに水素を添加する水素添加手段と、前記水素添加手段で添加された水素を、前記再生用ガスに含まれる酸素との反応により接触酸化させる酸化触媒とからなる請求項1に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide recovery device according to claim 1, wherein the oxygen removal unit comprises a hydrogenation means for adding hydrogen to the regeneration gas, and an oxidation catalyst for catalytically oxidizing the hydrogen added by the hydrogenation means through a reaction with oxygen contained in the regeneration gas. 前記吸着ローターが、大気圧下に設置される請求項1又は2に記載の二酸化炭素回収装置。 The carbon dioxide capture device according to claim 1 or 2, wherein the adsorption rotor is installed under atmospheric pressure. 二酸化炭素を含有する空気を、二酸化炭素を可逆的に吸脱着可能な吸着材を含有する吸着ローターに0℃以上40℃以下で接触させて、前記空気に含まれる二酸化炭素を前記吸着ローターに吸着させる吸着工程と、
二酸化炭素を吸着した前記吸着ローターに60℃以上120℃以下の再生用ガスを通じて、体積基準で2%以上10%以下の二酸化炭素を含有する前記再生用ガスを回収する再生工程と、
前記再生工程で回収した前記再生用ガスをアミン水溶液に接触させて、前記アミン水溶液に二酸化炭素を吸収させ、体積基準で0.2%以上1%以下の二酸化炭素を含有する前記再生用ガスを回収する再生用ガス回収工程と、
二酸化炭素を吸収した前記アミン水溶液を100℃以上150℃以下に加熱して、脱水後の体積基準で99%以上の二酸化炭素を含有するガスを回収する二酸化炭素回収工程と、を含み、
前記再生用ガス回収工程で回収した前記再生用ガスを60℃以上120℃以下に加熱するとともに、酸素の少なくとも一部を除去して前記再生用ガスとして循環利用する二酸化炭素回収方法。
an adsorption step of contacting air containing carbon dioxide with an adsorption rotor containing an adsorbent capable of reversibly adsorbing and desorbing carbon dioxide at a temperature of 0° C. or higher and 40° C. or lower to adsorb the carbon dioxide contained in the air onto the adsorption rotor;
a regeneration step of passing a regeneration gas at 60° C. or higher and 120° C. or lower through the adsorption rotor having adsorbed carbon dioxide, and recovering the regeneration gas containing 2% to 10% carbon dioxide by volume;
a regeneration gas recovery step of contacting the regeneration gas recovered in the regeneration step with an aqueous amine solution to absorb carbon dioxide into the aqueous amine solution and recovering the regeneration gas containing 0.2% to 1% carbon dioxide on a volume basis;
a carbon dioxide recovery step of heating the aqueous amine solution having absorbed carbon dioxide to 100° C. or more and 150° C. or less to recover a gas containing 99% or more of carbon dioxide on a volume basis after dehydration,
A carbon dioxide recovery method comprising heating the regeneration gas recovered in the regeneration gas recovery step to 60° C. or higher and 120° C. or lower, removing at least a portion of the oxygen, and recycling the gas as the regeneration gas.
前記再生用ガスからの酸素の除去は、前記再生用ガスに水素を添加した後、酸化触媒に接触させて、前記水素と前記再生用ガスに含まれる酸素とを反応させて水蒸気に変換する方法で行う請求項4に記載の二酸化炭素回収方法。 The carbon dioxide recovery method according to claim 4, wherein oxygen is removed from the regeneration gas by adding hydrogen to the regeneration gas, contacting the gas with an oxidation catalyst, and reacting the hydrogen with the oxygen contained in the regeneration gas to convert it into water vapor. 前記吸着工程及び前記再生工程を大気圧下で行う請求項4又は5に記載の二酸化炭素回収方法。 The carbon dioxide recovery method according to claim 4 or 5, wherein the adsorption step and the regeneration step are carried out under atmospheric pressure.
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