首页 / 专利库 / 物理 / 吸附 / 二氧化碳除去装置、和吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法

除去装置、和吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法

阅读:586发布:2021-04-13

专利汇可以提供除去装置、和吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种二 氧 化 碳 除去装置100,其具备 吸附 剂1、和在内部设置有该吸附剂1的反应容器10,通过使含有二氧化碳的处理对象气体与吸附剂1 接触 而从处理对象气体中除去二氧化碳,该二氧化碳除去装置100进一步具备 水 调整部20,该水调整部20将水供给至反应容器10且将水从反应容器10排出。,下面是除去装置、和吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法专利的具体信息内容。

1.一种二除去装置,其具备吸附剂、和在内部设置有该吸附剂的反应容器,通过使含有二氧化碳的处理对象气体与所述吸附剂接触而从所述处理对象气体中除去二氧化碳,
所述二氧化碳除去装置进一步具备调整部,该水调整部将水供给至所述反应容器且将水从所述反应容器排出。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳除去装置,所述水调整部具备:
水供给流路,将水供给至所述反应容器中;
水供给量调整部,调整从所述水供给流路供给至所述反应容器中的水的量;
水排出流路,将水从所述反应容器排出;以及
水排出量调整部,调整从所述反应容器排出至所述水排出流路中的水的量。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳除去装置,其具备二氧化碳吸附容量检测部,该二氧化碳吸附容量检测部检测所述吸附剂的二氧化碳吸附容量,
所述水供给量调整部基于由所述二氧化碳吸附容量检测部所检测到的所述吸附剂的二氧化碳吸附容量来调整供给至所述反应容器中的水的量。
4.根据权利要求2或3所述的二氧化碳除去装置,其具备温度检测部,该温度检测部检测所述吸附剂的温度,
所述水供给量调整部基于由所述温度检测部所检测到的所述吸附剂的温度来调整供给至所述反应容器中的水的量。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的二氧化碳除去装置,所述水调整部进一步具备第一温度调整部,该第一温度调整部调整供给至所述反应容器中的水的温度。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的二氧化碳除去装置,其具备第二温度调整部,该第二温度调整部调整所述反应容器内的温度。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳除去装置,其具备温度检测部,该温度检测部检测所述吸附剂的温度,
所述第二温度调整部基于由所述温度检测部所检测到的温度来调整所述反应容器内的温度。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的二氧化碳除去装置,其进一步具备水回收部,该水回收部回收从所述反应容器排出的水。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳除去装置,其具备第三温度调整部,该第三温度调整部调整所述水回收部内的水的温度。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的二氧化碳除去装置,所述吸附剂含有金属氧化物,该金属氧化物包含选自由稀土元素和锆组成的组中的至少一种。
11.一种吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法,使用了权利要求1~10中任一项所述的二氧化碳除去装置,
将水供给至所述反应容器并使水与所述吸附剂接触后,将所述反应容器内的水排出。
12.根据权利要求11所述的方法,其具备如下工序:将水供给至所述反应容器并使水与所述吸附剂接触后,检测所述吸附剂的温度的工序;以及基于所检测到的所述吸附剂的温度而对所述反应容器内进行加热或冷却后,将所述反应容器内的水排出的工序。

说明书全文

除去装置、和吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复

方法

技术领域

背景技术

[0002] 作为全球变暖的原因之一,可列举温室效应气体的排放。作为温室效应气体,可列举二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氟利昂类(CFCs等)等。温室效应气体中,二氧化碳的影响最大,二氧化碳(从火发电厂、炼厂等工厂排放的二氧化碳等)的除去系统的构建成为紧急的课题。
[0003] 作为上述课题的解决方案,例如可列举利用化学吸收法、物理吸收法、膜分离法、吸附分离法、深冷分离法等来除去二氧化碳的方法。例如可列举使用固体的二氧化碳吸附剂将二氧化碳分离和回收的方法(CO2分离回收法)。
[0004] 在使用了吸附剂的二氧化碳除去系统中,将含有二氧化碳的处理对象气体导入至填充有吸附剂的反应容器中,并在大气压下或加压下使吸附剂与处理对象气体接触,从而使二氧化碳吸附于吸附剂。然后,例如通过加热吸附剂或对反应容器内进行减压而使二氧化碳从吸附剂脱离。使二氧化碳脱离后的吸附剂可以通过冷却或加压而再次用于除去二氧化碳。
[0005] 这样的二氧化碳除去系统中,主要使用沸石作为吸附剂。例如,下述专利文献1中记载了如下的二氧化碳的除去方法:通过使含有二氧化碳的气体与沸石系吸附剂接触而使二氧化碳吸附于吸附剂后,通过加热吸附剂而使二氧化碳脱离。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特表2010-527757号公报

发明内容

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 但是,从工厂等排放的废气有时除了二氧化碳以外还含有氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx),即使将废气供于脱硝工序或脱硫工序,也可能残留数十ppm的NOx或SOx。本发明人等进行了研究,结果发现,使用这样在含有微量的NOx或SOx的同时含有(水蒸气、H2O)的处理对象气体时,沸石等吸附剂(固体系二氧化碳捕捉剂)会中毒,导致二氧化碳吸附容量(CO2吸附容量)下降。专利文献1中,并没有关于吸附剂这样中毒的讨论,并且,没有记载考虑了这样的情况的二氧化碳除去装置的构成。
[0011] 因此,本发明的目的在于提供一种二氧化碳除去装置,即使在含有二氧化碳的处理对象气体进一步含有氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)以及水的情况下,也能够有效地除去二氧化碳。另外,本发明的目的在于提供一种吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法,其使用了上述二氧化碳除去装置。
[0012] 用于解决课题的方法
[0013] 本发明人等进行了积极研究,结果发现,通过利用水来清洗因中毒而导致二氧化碳吸附容量(CO2吸附容量)下降了的吸附剂,能够清洗附着于吸附剂的污染成分(酸、金属盐等),使吸附剂表面露出,由此能够使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复。本发明人等基于这样的知识见解,完成了本发明。
[0014] 即,本发明提供一种二氧化碳除去装置,其具备吸附剂和在内部设置有该吸附剂的反应容器,通过使含有二氧化碳的处理对象气体与上述吸附剂接触而从上述处理对象气体中除去二氧化碳,该二氧化碳除去装置进一步具备水调整部,该水调整部将水供给至上述反应容器且将水从上述反应容器排出。
[0015] 根据本发明的二氧化碳除去装置,能够利用由水调整部供给的水来清洗附着于吸附剂的污染成分。因此,即使在因反复使用而导致吸附剂的二氧化碳吸附容量下降了的情况下,也能够使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复,从而能够继续进行二氧化碳的除去。也就是说,根据本发明的二氧化碳除去装置,能够有效地除去二氧化碳。
[0016] 上述水调整部可以具备:水供给流路,将水供给至上述反应容器中;水供给量调整部,调整从上述水供给流路供给至上述反应容器中的水的量;水排出流路,将水从上述反应容器排出;以及水排出量调整部,调整从上述反应容器排出至上述水排出流路中的水的量。此时,能够调整水的供给量和水的排出量,将水供给至反应容器中后,能够进行如下操作,即:使水滞留于反应容器内,在将吸附剂浸渍于水中的状态下保持一定时间等操作。
[0017] 上述二氧化碳除去装置可以具备二氧化碳吸附容量检测部,该二氧化碳吸附容量检测部检测上述吸附剂的二氧化碳吸附容量。此时,上述水供给量调整部可以基于由上述二氧化碳吸附容量检测部所检测到的上述吸附剂的二氧化碳吸附容量来调整供给至上述反应容器中的水的量。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,能够进行在吸附剂的二氧化碳吸附容量达到饱和时将水供给至反应容器中等操作。
[0018] 上述二氧化碳除去装置可以具备温度检测部,该温度检测部检测上述吸附剂的温度。此时,上述水供给量调整部可以基于由上述温度检测部所检测到的上述吸附剂的温度来调整供给至上述反应容器中的水的量。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,能够进行如下操作,即:在因用于使二氧化碳从吸附剂脱附的加热而导致吸附剂成为一定温度以上时,将水供给至反应容器中等操作。此时,能够利用供给至反应容器中的水来冷却吸附剂。
[0019] 上述水调整部可以进一步具备第一温度调整部,该第一温度调整部调整供给至上述反应容器中的水的温度。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,例如,能够通过利用第一温度调整部使供给至反应容器中的水汽化而将水蒸气供给至反应容器内。另外,例如,为了提高附着于吸附剂的污染成分(例如金属盐等)的溶解度,可以调整供给至反应容器中的水的温度。
[0020] 上述二氧化碳除去装置可以具备第二温度调整部,该第二温度调整部调整上述反应容器内的温度。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,能够进行如下操作,即:通过加热吸附剂而使吸附于吸附剂的二氧化碳脱附、通过冷却吸附剂而使吸附于吸附剂的二氧化碳的量增加等操作。另外,使用因吸附水(H2O)而导致CO2的吸附容量下降的吸附剂时,可以通过利用上述第二温度调整部加热吸附剂来使二氧化碳吸附容量恢复。
[0021] 上述二氧化碳除去装置可以具备温度检测部,该温度检测部检测上述吸附剂的温度。此时,上述第二温度调整部可以基于由上述温度检测部所检测到的温度来调整上述反应容器内的温度。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,例如,能够以附着于吸附剂的污染成分(金属盐等)的溶解度变成最高的方式对反应容器内进行加热或冷却,因此容易使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复。
[0022] 上述二氧化碳除去装置可以进一步具备水回收部,该水回收部回收从上述反应容器排出的水。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,能够将供给至反应容器中的水回收并进行再利用。另外,例如,在吸附剂包含金属氧化物时,能够回收在吸附剂表面析出的金属盐。
[0023] 上述二氧化碳除去装置可以具备第三温度调整部,该第三温度调整部调整上述水回收部内的水的温度。根据具备这样的构成的二氧化碳除去装置,能够使回收部内的水蒸发并进行再利用。另外,在吸附剂包含金属氧化物时,也能够将溶解于回收部内的水中的金属氧化物的盐回收并进行再利用。
[0024] 上述吸附剂可以含有金属氧化物,该金属氧化物包含选自由稀土元素和锆组成的组中的至少一种。这些吸附剂即使在处理对象气体含有水的情况下也具有优异的二氧化碳吸附容量。另外,使用这些吸附剂时,能够降低使二氧化碳从吸附剂脱附的温度。即,使用这些吸附剂时,能够更有效地除去二氧化碳。
[0025] 本发明进一步提供一种吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法,其使用了上述二氧化碳除去装置。该方法是将水供给至上述反应容器中而使水与上述吸附剂接触后,将上述反应容器内的水排出。由此,能够清洗附着于吸附剂的污染成分,能够使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复。
[0026] 上述方法具备如下工序:将水供给至上述反应容器而使水与上述吸附剂接触后,检测上述吸附剂的温度的工序;以及根据所检测到的上述吸附剂的温度对上述反应容器内进行加热或冷却后,将上述反应容器内的水排出的工序。该方法能够以附着于吸附剂的污染成分(金属盐等)的溶解度变成最高的方式对上述反应容器内进行加热或冷却,因此容易使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复。
[0027] 发明效果
[0028] 根据本发明,能够提供一种二氧化碳除去装置,即使在含有二氧化碳的处理对象气体进一步含有氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)、以及水的情况下,也能够有效地除去二氧化碳。另外,根据本发明,能够提供一种吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法,其使用了上述二氧化碳除去装置。附图说明
[0029] [图1]图1是表示二氧化碳除去装置的一个实施方式的示意图。
[0030] [图2]图2是表示NOx从吸附剂脱附的行为的图表。
[0031] [图3]图3是表示实施例和比较例的CO2吸附脱附循环试验的结果的图表。
[0032] [图4]图4是表示实施例1的吸附剂的拉曼光谱的图。

具体实施方式

[0033] 以下,对用于实施本发明的方式进行详细说明。但是,本发明不限定于以下的实施方式。
[0034] <二氧化碳除去装置>
[0035] 本实施方式的二氧化碳除去装置用于使含有二氧化碳的处理对象气体与吸附剂接触而从处理对象气体中除去二氧化碳。具体来说,通过具备如下工序的方法而从处理对象气体中除去二氧化碳,上述工序为:吸附工序,使含有二氧化碳的处理对象气体与吸附剂接触而使二氧化碳吸附于吸附剂;脱附工序,在吸附工序后,使二氧化碳从吸附剂脱附(脱离);以及清洗工序(二氧化碳吸附容量恢复工序),在吸附工序后,使水与吸附剂接触而清洗吸附剂。以下,首先说明本实施方式的二氧化碳除去装置的整体构成。
[0036] 图1是表示本实施方式的二氧化碳除去装置的示意图。如图1所示,二氧化碳除去装置100具备:吸附剂1、反应容器10、水调整部20、气体供给流路30、第一气体排出流路31、第二气体排出流路32、气体供给量调整部33、第一气体排出量调整部34、第二气体排出量调整部35、第一气体浓度检测部36、第二气体浓度检测部37、温度检测部40、第二温度调整部41、压力调整部42、水回收部50、第三温度调整部51、水循环流路60、二氧化碳回收部70、和控制部80。水调整部20具备:水供给流路21、水排出流路22、水供给量调整部23、水排出量调整部24、和第一温度调整部25。
[0037] 吸附剂1配置(例如填充)于反应容器10的内部。吸附剂1的填充量和配置位置没有特别限定。吸附剂1例如可以填充于反应容器10的中央部,也可以配置于内壁面的一部分。吸附剂间的空隙越少(空隙率越低),则残留于空隙内的除二氧化碳以外的气体量越少,因此能够提高吸附气体中的二氧化碳的纯度。另一方面,吸附剂间的空隙越多(空隙率越高),则越能够减小压力损失。吸附剂1和反应容器10的详细情况在后面描述。
[0038] 反应容器10上分别连接有气体供给流路30、第一气体排出流路31、第二气体排出流路32、水供给流路21、水排出流路22、温度检测部40、和压力调整部42。另外,在反应容器10的外部,设置有第二温度调整部41。
[0039] 气体供给流路30是在吸附工序中用于将处理对象气体供给至反应容器中的流路。气体供给流路30中设置有:(气体供给量调整部)33,用于调整处理对象气体的供给量;以及第一气体浓度检测部36,用于检测处理对象气体中的气体成分的浓度(例如二氧化碳的浓度)。
[0040] 第一气体排出流路31是在吸附工序中用于将处理后的气体(除去二氧化碳后的处理对象气体)从反应容器排出的流路。第一气体排出流路31中设置有:阀(第一气体排出量调整部)34,用于调整处理后的气体的排出量;以及第二气体浓度检测部37,用于检测处理后的气体中的气体成分的浓度(例如二氧化碳的浓度)。
[0041] 第二气体排出流路32是在脱附工序中用于将包含从吸附剂脱附的二氧化碳的气体排出的流路。第二气体排出流路32中设置有阀(第二气体排出量调整部)35,用于调整包含二氧化碳的气体的排出量。第二气体排出流路32的下游侧的端部与二氧化碳回收部70连接。
[0042] 水供给流路21是在清洗工序中用于将水供给至反应容器10中的流路。水供给流路21中设置有:阀(水供给量调整部)23,用于调整供给至反应容器内的水的量;以及第一温度调整部25,用于调整水的温度。
[0043] 水排出流路22是在清洗工序中用于将被供给至反应容器10内的水从反应容器排出的流路。水排出流路22中设置有阀(水排出量调整部)24,该阀24用于调整从反应容器排出的水的量。水排出流路22的下游侧的端部与水回收部50连接。
[0044] 水回收部50上连接有水循环流路60,并且在水回收部50的外部设置有第三温度调整部51。水循环流路60是用于将在水回收部50回收的水循环并再利用的流路。水循环流路60的下游侧的端部与水供给流路21连接。需要说明的是,水回收部50可以为任何构成。
[0045] 温度检测部40由用于检测反应容器内的温度(例如吸附剂的温度)的设备构成。由于反应容器内的温度与配置于反应容器内部的吸附剂的温度大致相同,因此温度检测部40通过检测反应容器内的温度来检测配置于反应容器内部的吸附剂的温度。
[0046] 压力调整部42由用于调整反应容器内的压力的设备构成。作为构成压力调整部42的设备,可列举后述的能够实施调整总压的方法的设备(压缩机等)等。
[0047] 第二温度调整部41是用于调整反应容器内的温度(例如吸附剂的温度)的设备。作为构成第二温度调整部41的设备,可列举后述的能够实施加热吸附剂的方法和冷却吸附剂的方法的设备(电炉、传热管等)等。
[0048] 水供给量调整部23、水排出量调整部24、第一温度调整部25、气体供给量调整部33、第一气体排出量调整部34、第二气体排出量调整部35、第一气体浓度检测部36、第二气体浓度检测部37、温度检测部40、第二温度调整部41、压力调整部42和第三温度调整部51与控制部80电连接。控制部80基于来自第一气体浓度检测部36、第二气体浓度检测部37和温度检测部40的电信号来控制水供给量调整部23、水排出量调整部24、第一温度调整部25、气体供给量调整部33、第一气体排出量调整部34、第二气体排出量调整部35、第二温度调整部
41、压力调整部42和第三温度调整部51的动作。
[0049] <二氧化碳除去方法>
[0050] 接着,对使用了本实施方式的二氧化碳除去装置100的二氧化碳的除去方法和吸附剂1的吸附容量的恢复方法进行说明。
[0051] [吸附工序]
[0052] 在吸附工序中,将处理对象气体从气体供给流路30供给至反应容器10内。由此,处理对象气体会与设置于反应容器内的吸附剂1接触,从而从处理对象气体中除去二氧化碳。处理后的气体从反应容器10向第一气体排出流路31排出。
[0053] 处理对象气体例如含有二氧化碳(CO2)、水(水蒸气、H2O)、以及氮氧化物(NOx)和/或硫氧化物(SOx)。作为这样的处理对象气体的具体例,可列举:从工厂(特别是大规模工厂)等排放的气体(例如燃火力发电厂锅炉废气)、汽车等的燃烧废气等。锅炉废气和燃烧废气包含:二氧化碳(CO2)、水(水蒸气、H2O)、氮气(N2)、氧气(O2)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)等碳氢类、灰尘等。
[0054] 吸附工序中,可以使用设置于气体供给流路30的气体供给量调整部33和设置于第一气体排出流路31的第一气体排出量调整部34来调整处理对象气体的供给量和处理后的气体的排出量。
[0055] 吸附工序中,可以利用第二温度调整部41来调整吸附剂1的温度。通过在吸附工序中调整使处理对象气体与吸附剂1接触时的吸附剂1的温度T1,能够调整CO2吸附量。温度T1越高,吸附剂1的CO2吸附量越容易变少。温度T1可以为-20~100℃,也可以为10~40℃。
[0056] 吸附剂1的温度T1可以通过对吸附剂1进行加热或冷却来调整,也可以将加热和冷却并用。另外,可以通过对处理对象气体进行加热或冷却来间接地调整吸附剂的温度T1。作为对吸附剂1进行加热的方法,可列举如下方法:使热介质(例如加热后的气体或液体)直接与吸附剂1接触的方法;使热介质(例如加热后的气体或液体)在传热管等中流通,利用来自传热面的热传导来加热吸附剂1的方法;利用经通电发热的电炉等来加热吸附剂1的方法等。作为对吸附剂1进行冷却的方法,可列举如下方法:使冷介质(例如冷却后的气体或液体)直接与吸附剂1接触的方法;使冷介质(例如冷却后的气体或液体)在传热管等中流通,利用来自传热面的热传导进行冷却的方法等。
[0057] 吸附工序中,可以利用压力调整部42来调整存在吸附剂的气氛的总压。吸附工序中,通过调整存在吸附剂1的气氛的总压,能够调整CO2吸附量。总压越高,吸附剂的CO2吸附量越容易变多。从二氧化碳的除去效率进一步提高的观点考虑,总压优选大于或等于0.1个大气压,更优选大于或等于1个大气压。从节能的观点考虑,总压可以小于或等于10个大气压,也可以小于或等于2个大气压,也可以小于或等于1.3个大气压。总压也可以大于或等于5个大气压。
[0058] 存在吸附剂1的气氛的总压可以通过加压或减压来调整,也可以将加压和减压并用。作为调整总压的方法,可列举如下方法:利用泵、压缩机等机械性地调整压力的方法;供给具有与吸附剂的周边气氛压力不同的压力的气体的方法等。
[0059] [脱附工序]
[0060] 脱附工序中,可以通过如下方法使二氧化碳从吸附剂脱附,上述方法为:利用吸附量的温度依赖性的方法(变温法。利用吸附剂的CO2吸附量伴随温度变化的差异的方法);利用吸附量的压力依赖性的方法(变压法。利用吸附剂的CO2吸附量伴随压力变化的差异的方法);将这些方法并用的方法(变温/变压法)等。
[0061] 在利用吸附量的温度依赖性的方法中,例如,使脱附工序中的吸附剂1的温度高于吸附工序。吸附剂1的加热可以使用上述第二温度调整部41来实施。作为加热吸附剂1的方法,可列举:与上述吸附工序中的加热吸附剂1的方法同样的方法;利用周边的余热的方法等。从抑制加热所需的能量的观点考虑,优选利用周边的余热。
[0062] 从节能的观点考虑,吸附工序中的吸附剂1的温度T1与脱附工序中的吸附剂1的温度T2的温度差(T2-T1)可以小于或等于200℃,可以小于或等于100℃,也可以小于或等于50℃。从容易使吸附于吸附剂1的二氧化碳脱附的观点考虑,温度差(T2-T1)可以大于或等于10℃,可以大于或等于20℃,也可以大于或等于30℃。脱附工序中的吸附剂1的温度T2可以为40~300℃,可以为50~200℃,也可以为80~120℃。
[0063] 在利用吸附量的温度依赖性的方法中,存在吸附剂1的气氛的总压(例如包含吸附剂的容器内的总压)越高,则CO2吸附量越多,因此优选按照脱附工序的总压成为比吸附工序的总压更低的压力的方式变化。总压可以通过加压或减压来调整,也可以将加压和减压并用。总压的调整可以使用上述压力调整部42来实施。作为调整总压的方法,例如可列举与上述吸附工序同样的方法。从CO2脱离量变多的观点考虑,脱附工序中的总压可以为周边大气的压力(例如1个大气压),也可以小于1个大气压。
[0064] 脱附工序中,包含从吸附剂1脱附的二氧化碳的气体从反应容器10向第二气体排出流路32排出。脱附工序中,可以使用第二气体排出量调整部35来调整包含二氧化碳的气体的排出量。另外,本实施方式中,可以使用二氧化碳回收部70来回收所排出的包含二氧化碳的气体。所回收的二氧化碳可以在利用二氧化碳的领域中再利用。例如,在面向温室栽培的塑料棚等中,由于可通过提高CO2浓度来促进植物生长,因此有时将CO2浓度提高至1000ppm水平。因此,能够将所回收的二氧化碳再利用于提高CO2浓度。
[0065] 通常,在脱附工序中不供给处理对象气体,但也可以在供给了处理对象气体的状态下进行脱附工序。另外,脱附工序中,可以在使二氧化碳脱附的温度区域中,将包含水(水蒸气)的气体供给至反应容器10内。在处理对象气体包含NOx和/或SOx时,吸附剂上除了二氧化碳以外有时还吸附NOx和/或SOx。如前所述,NOx和SOx可能成为吸附剂劣化的原因,因此优选:在二氧化碳的吸附脱附循环的过程中,尽可能使NOx和SOx从吸附剂脱附。另一方面,根据本发明人等的知识见解,在脱附工序中,在为了使二氧化碳从吸附剂脱附而将反应容器加热至200℃,并供给包含水(水蒸气)的气体时,如图2所示,能够促进NOx从吸附剂脱离。利用以上知识见解,通过在使二氧化碳脱附的温度区域中供给包含水(水蒸气)的气体,能够将吸附于吸附剂的NOx和SOx的一部分除去。水(水蒸气)可以由水调整部20供给,也可以供给调整了水量后的处理对象气体。处理对象气体中的水量的调整可以使用如下设备来进行,即:利用水的饱和蒸气压的温度依赖性来调整处理对象气体中的水量(H2O浓度)的设备。
[0066] [清洗工序]
[0067] 在清洗工序中,利用水调整部20将水供给至反应容器10中而使水与吸附剂1接触后,将水从反应容器10排出。清洗工序中所使用的水通过水供给流路21而被供给至反应容器10,并通过水排出流路22而从反应容器10排出。
[0068] 如上所述,在处理对象气体含有二氧化碳、水、以及NOx和/或SOx时,吸附剂会中毒,因此CO2吸附容量会下降。这在吸附剂包含金属成分(例如金属氧化物)的情况下较显著。本发明人等如下推测其原因。
[0069] 即,在上述处理对象气体与吸附剂接触时,在NOx和/或SOx吸附于吸附剂的表面后,由于水共吸附于该表面,使得水与污染成分反应而生成酸(硝酸硫酸)(作为一个例子,将由NOx与水生成硝酸的反应示于下述式)。认为:由于该酸,会导致吸附剂的二氧化碳吸附容量下降。特别是在吸附剂包含金属成分(例如金属氧化物)时,推测:由于因金属成分与上述酸的反应所生成的金属盐(硝酸盐或硫酸盐),会导致二氧化碳吸附容量显著下降。
[0070] NO+1/2O2→NO2
[0071] 3NO2+H2O→2HNO3+NO
[0072] 由于以上理由,在包含大量的NOx和SOx时,优选预先除去,但难以将它们完全除去。例如,在燃煤火力发电厂中,即使进行了脱硝工序和脱硫工序,也会残留15ppm左右的NOx和SOx。另一方面,本实施方式的二氧化碳除去装置中,通过实施清洗工序,能够清洗附着于吸附剂的污染成分(酸、金属盐等),使干净的吸附剂表面露出。因此,根据本实施方式的二氧化碳除去装置,能够使吸附剂的二氧化碳吸附容量恢复,从而提高吸附剂的CO2吸附脱附循环特性。即,根据本实施方式的二氧化碳除去装置,即使在处理对象气体含有二氧化碳、水、以及NOx和/或SOx的情况下,也能够有效率地除去二氧化碳。
[0073] 清洗工序中使用的水可以为液体或气体(水蒸气)中的任一种,从二氧化碳吸附容量的恢复效果优异的观点考虑,优选为液体。即,水调整部20优选将液体水供给至反应容器中。清洗工序中,可以利用第一温度调整部25来调整所供给的水的温度。通过调整水的温度,例如在吸附剂包含金属成分时,能够提高附着于吸附剂的污染成分(例如在吸附剂表面析出的金属盐)的溶解度。从这样的观点考虑,水的温度例如可以为0~100℃,可以为30~100℃,可以为60~100℃,可以为0~60℃,可以为0~30℃,也可以为30~60℃。
[0074] 清洗工序中,可以利用水供给量调整部23来调整水的供给量,也可以利用水排出量调整部24来调整水的排出量。例如,可以使水的排出量少于水的供给量、或在水的供给中不进行水的排出,从而使水滞留于反应容器10内,使吸附剂1浸渍于水中。
[0075] 水的供给量可以根据附着于吸附剂1的表面的污染成分(酸、金属盐等)的量来适当调整。使用包含金属成分的吸附剂时,优选基于所析出的金属盐在水中的溶解度,以最小限度的量的水与吸附剂接触的方式供给水。例如,在析出了硝酸铈时,硝酸铈在100ml水中的溶解度在20℃时为234g,因此在预计会析出234g硝酸铈时,如果利用20℃的水来进行清洗工序,则优选以至少100ml水与吸附剂1接触的方式供给水。水的供给量例如以吸附剂的总质量为基准计可以大于或等于0.1mL/g,可以大于或等于1mL/g,也可以大于或等于10mL/g。
[0076] 清洗工序中,可以使用测量水的供给量的测量设备来测量水的供给量,并基于所测量的水的供给量来调整水的供给量。
[0077] 清洗工序可以具备如下工序:将水供给至反应容器10中而使水与吸附剂1接触后,利用温度检测部40来检测吸附剂1的温度的工序;以及基于所检测到的吸附剂1的温度来控制第二温度调整部41,对反应容器10内进行加热或冷却后,利用水调整部将反应容器10内的水排出的工序。在基于所检测到的吸附剂1的温度来控制第二温度调整部41,对反应容器10内进行加热或冷却后,利用水调整部将反应容器10内的水排出的工序中,例如,以维持对于污染成分(金属盐等)的高溶解度的方式对反应容器内进行加热或冷却。具体来说,在由温度检测部40检测到的温度低于一定温度时,对反应容器内进行加热,在由温度检测部40检测到的温度高于一定温度时,对反应容器内进行冷却。接着,在检测到通过加热或冷却而成为了一定温度后,将反应容器内的水排出。
[0078] 实施清洗工序的时机没有特别限定,可以在吸附工序后且脱附工序前实施,也可以在脱附工序后实施。另外,在反复实施吸附工序和脱附工序时,可以在每个循环中实施清洗工序,也可以在反复进行预定次数的吸附工序和脱附工序之后实施清洗工序。
[0079] 在每个循环中实施清洗工序时,可以基于吸附剂1的温度来实施清洗工序。即,可以基于吸附剂1的温度来控制水供给量调整部23,从而调整供给至反应容器10中的水的量。例如,可以控制水供给量调整部23,以便在通过脱附工序中的加热而使吸附剂1的温度成为一定温度以上时供给水。由此,能够同时实施吸附剂1的冷却和清洗。此时,可以按照使吸附剂的温度落入吸附二氧化碳的温度区域的方式调整供给至反应容器10内的水的量。这样的控制可以使用控制部80来进行。
[0080] 在反复进行预定次数的吸附工序和脱附工序后实施清洗工序的情况下,可以基于吸附剂1的二氧化碳吸附容量来实施清洗工序。即,可以基于吸附剂1的二氧化碳吸附容量来控制水供给量调整部23,从而调整供给至反应容器10中的水的量。例如,可以控制水供给量调整部23,以便在二氧化碳吸附容量成为一定值以下时供给水。此时,可以根据二氧化碳吸附容量降低的程度来调整所供给的水的量。所供给的水的量越多,越能够获得吸附剂的清洗效果。吸附剂的二氧化碳吸附容量可以根据处理对象气体中的二氧化碳浓度与处理后的气体中的二氧化碳浓度之差来判断。处理对象气体中的二氧化碳浓度可以利用第一气体浓度检测部36来检测,处理后的气体中的浓度可以利用第二气体浓度检测部37来检测。换言之,第一气体浓度检测部36和第二气体浓度检测部37构成了二氧化碳吸附容量检测部。另外,这样的控制可以使用控制部80来进行。
[0081] 本实施方式中,可以利用水回收部50来回收在清洗工序中排出的水。另外,所回收的水可以通过水循环流路60供给至反应容器10从而再次用于清洗工序。此时,所回收的水中包含附着于吸附剂1的污染成分(酸、金属盐等),因此优选将水与污染成分进行分离。例如可以通过利用第三温度调整部50将水加热使其汽化而将水和污染成分分离。污染成分为金属盐时,可以将由金属盐进行烧成所获得的烧成物(金属氧化物)作为吸附剂进行再利用。另外,也可以回收因烧成而产生的NOx和SOx。加热方法没有特别限定。例如可列举将水回收部50设成炉心管并利用电炉进行加热的方法。另外,使所回收的水循环的方法也没有特别限定。
[0082] 以上,对吸附工序、脱附工序和清洗工序进行了说明,但使用了本实施方式的二氧化碳除去装置100的二氧化碳的除去方法也可以进一步具备除吸附工序、脱附工序和清洗工序以外的其他工序。例如,在吸附工序中加热吸附剂1时,二氧化碳的除去方法可以进一步具备冷却吸附剂1的工序。作为冷却吸附剂1的方法,可列举上述方法。如上所述,也可以通过利用水调整部20将水供给至反应容器10内来冷却吸附剂1。
[0083] 另外,例如,在使用因吸附H2O会导致二氧化碳吸附容量下降的吸附剂(例如沸石)时,可以在清洗工序后进一步具备使水(H2O)从吸附剂脱附的工序。例如,可以通过利用上述第二温度调整部41加热吸附剂来使水脱附。
[0084] 另外,例如,在处理对象气体具有SOx、NOx、煤灰等时(例如处理对象气体为从燃煤火力发电厂等排放的废气时),从容易维持吸附剂1的二氧化碳吸附容量的观点考虑,本实施方式涉及的二氧化碳的除去方法可以在吸附工序前进一步具备从处理对象气体中除去SOx、NOx、煤灰等杂质的杂质除去工序。杂质除去工序可以使用脱硝装置、脱硫装置、脱尘装置等除去装置来进行,可以在这些装置的下游侧使处理对象气体与吸附剂接触。
[0085] <吸附剂和反应容器>
[0086] 接着,对吸附剂1和反应容器10的详细内容进行说明。
[0087] (吸附剂)
[0088] 吸附剂1是用于除去二氧化碳的吸附剂,具有二氧化碳吸附性。吸附剂1例如包含选自由金属氧化物、活性碳、金属的碳酸盐、碱金属的氢氧化物、层状双氢氧化物和固体有机化合物组成的组中的至少一种。本实施方式中,可以使用单一种类的吸附剂,也可以将多种吸附剂组合使用。另外,可以使用在一方吸附剂(载体)上载持另一方吸附剂而成的吸附剂。载持可以通过含浸等方法来进行。
[0089] 金属氧化物可以为含有一种金属元素的金属氧化物,也可以为含有多种金属元素的复合金属氧化物。作为金属氧化物,从二氧化碳的吸附性优异的观点考虑,优选包含选自由稀土元素、锆和锌组成的组中的至少一种,更优选包含铈(Ce)。作为包含铈的金属氧化物,可列举CeOx(x=1.5~2.0)等,具体来说,可列举CeO2、Ce2O3等。金属氧化物可以为二氧化(SiO2)、氧化(Al2O3)、沸石等。从提高比表面积、提高耐热性、减少使用金属量等观点考虑,金属氧化物也可以在二氧化硅、氧化铝或沸石上载持有包含选自由稀土金属(例如铈)和锆组成的组中的至少一种金属的氧化物(复合氧化物等)。本实施方式中,可以使用单一种类的金属氧化物,也可以将多种金属氧化物组合使用。
[0090] 但是,沸石与含有水的处理对象气体接触时,二氧化碳的吸附性会下降。因此,通常在使处理对象气体与吸附剂接触的前段,从处理对象气体中除去水。例如,在上述专利文献1所记载的二氧化碳的除去方法中,在处理对象气体含有水时,优选将处理对象气体中的水的浓度减小至小于或等于400ppm,更优选减小至小于或等于20ppm。另一方面,使用上述包含选自由稀土元素、锆和锌组成的组中的至少一种的氧化物时,即使在接触H2O后,二氧化碳的吸附性也良好,并且能够使二氧化碳脱附时的温度低温化。本发明人等如下推测其理由。
[0091] 即,上述氧化物中,氧化物在其表面与H2O反应,从而在氧化物的表面会形成羟基(-OH)。该羟基与二氧化碳反应而形成碳酸氢盐(-CO3H)。由于二氧化碳以这样的方式在金属氧化物的表面吸附于金属氧化物,因此推测能够获得上述效果。
[0092] 金属氧化物例如可以为多孔质状的金属氧化物(多孔质金属氧化物)、层状的金属氧化物(层状金属氧化物)、或核壳结构的金属氧化物。作为金属氧化物,优选比表面积大的金属氧化物,从这样的观点考虑,优选多孔质状的金属氧化物。
[0093] 层状金属氧化物例如可以为对层状双氢氧化物进行烧成而获得的氧化物。层状双氢氧化物也被称为水滑石状化合物,包含两种以上金属元素,其组成可以由下述式(1)表示。
[0094] [M(2+)1-xM(3+)x(OH)2][A(n-)x/n·y H 2O]···(1)
[0095] 上述式中,M(2+)是二价金属离子,例如表示选自由镁(Mg)离子、锰(Mn)离子、铁(Fe)离子、钴(Co)离子、镍(Ni)离子、(Cu)离子和锌(Zn)离子组成的组中的至少一种金属离子。M(3+)是三价金属离子,例如表示选自由铝(Al)离子、铬(Cr)、铁(Fe)离子、钴(Co)离子和铟(In)离子组成的组中的至少一种离子。A(n-)是n价阴离子,例如表示选自由碳酸根离子、硝酸根离子和硫酸根离子组成的组中的至少一种离子。上述式(1)中,M(2+)、M(3+)和A(n-)各自可以为单一的离子,也可以为多种离子。
[0096] 作为合成金属氧化物的方法,可列举含浸法、混炼法、共沉淀法、溶胶凝胶法等调制方法。例如,在合成包含铈的金属氧化物的方法中,可以通过在包含铈的酸性盐(例如硝酸盐)的溶液中加入、氢氧化钠、氢氧化等碱性化合物将pH调整为7~10而使其沉淀。在通过沉淀来形成氧化物时,可以直接使用沉淀物,也可以通过对沉淀物进行烧成而进一步使其氧化。
[0097] 作为合成层状双氢氧化物的方法,可列举含浸法、混炼法、共沉淀法、溶胶凝胶法等调制方法。例如,在合成层状双氢氧化物的方法中,可以在含有包含Mg的硝酸盐和包含Al的硝酸盐的溶液中添加碳酸钠后,通过加入氨、氢氧化钠、氢氧化钙等碱性化合物将pH调整为8~11而使其沉降。所获得的沉淀物为层状双氢氧化物,可以通过对沉淀物进行烧成而获得金属氧化物或复合金属氧化物。烧成温度没有特别限定,例如可以大于或等于200℃。
[0098] 活性碳的组成等没有特别限定。活性碳在其内部包含大量的氮元素(N)时碱性增加,有时二氧化碳吸附性提高。作为合成这样的活性碳的方法,可列举:使包含氨(NH3)的气体与活性碳接触的方法、由包含大量氮元素的有机化合物来合成活性碳的方法等。
[0099] 作为固体有机化合物,优选具有碱性的有机化合物。例如可列举具有氨基的有机化合物。
[0100] 吸附剂的形状没有特别限定,例如可以为粉状、颗粒状、粒状、蜂窝状等。另外,本实施方式中,可以将吸附剂载持于蜂窝状基材上来使用。将吸附剂载持于蜂窝状基材上来使用时,由于能够提高空隙率,因此能够减小压力损失。吸附剂的形状和使用形态只要考虑所需要的反应速度、压力损失、吸附于吸附剂的气体(吸附气体)的纯度(CO2纯度)等来决定即可。
[0101] (反应容器)
[0102] 反应容器10可以为固定床式,也可以为转子式,还可以为流化床式。转子式和流化床式是不进行在反应容器中流通的气体(流通气体)等的切换,而是使吸附剂本身移动的方式。
[0103] 固定床式的反应容器例如构成为:将吸附剂1(例如粒状吸附剂)填充于反应容器内,在不使吸附剂1本身移动的情况下改变处理对象气体或反应容器内的温度和压力,从而进行二氧化碳的吸附和脱附。该方式中,吸附剂1的移动较少,因此能够减少因吸附剂1彼此接触、或吸附剂1与反应容器接触而引起的吸附剂1的磨耗,从而能够抑制吸附剂1的性能下降。另外,由于能够提高填充密度,因此空隙率低,能够提高反应容器的单位容积的二氧化碳除去量。
[0104] 作为转子式反应容器,例如可列举具备容器、设置于容器内部的吸附剂填充部、以及用于分隔在容器内流通的气体的隔板的反应容器。吸附剂填充部中,填充有吸附剂1。该反应容器的内部被隔板分隔成多个区域,根据流通的气体的种类而分成二氧化碳吸附区域、吸附剂加热区域(CO2脱离区域)、吸附剂冷却区域等。因此,该方式中,通过使吸附剂填充部旋转,能够使吸附剂1向二氧化碳吸附区域、吸附剂加热区域(CO2脱离区域)、吸附剂冷却区域等移动,从而能够实施CO2的吸附(吸附工序)、吸附剂1的加热(脱附工序)、吸附剂1的冷却(冷却工序)等吸附脱附循环。就该方式而言,即使在进行使加热用气体流通来加热吸附剂1从而使CO2脱离的变温法的情况等时,也不需要切换在反应容器中流通的气体,因此管线、阀等的构成变得简洁。另外,由于可以通过改变设置隔板的位置来决定各区域的大小,因此能够容易地决定处理对象气体的流通时间(使二氧化碳吸附的时间)、吸附剂1的加热时间(使二氧化碳脱离的时间)、吸附剂1的冷却时间等的比例。
[0105] 上述转子式中,可以将载持有吸附剂1的蜂窝(例如蜂窝转子)配置于反应容器内。此时,由于吸附剂1被载持于蜂窝,因此能够减少吸附剂1本身的磨耗,从而能够抑制吸附剂
1的性能下降。
[0106] 另外,在上述转子方式中使用两种以上的吸附剂1时,可以设置两个以上的反应容器,且分别配置不同的吸附剂1,也可以在1个反应容器中将吸附剂1配置于反应容器内的不同部位。例如,可以在反应容器10内的上游侧与下游侧分别配置不同的吸附剂1。此时,例如可以在上游侧配置包含铈氧化物的吸附剂,在下游侧配置包含沸石的吸附剂。通过设为这样的构成,例如能够抑制如下情况:因处理对象气体从上游侧向下游侧的方向流通,加热用气体从下游侧向上游侧的方向流通,从而导致水与沸石接触而使沸石的二氧化碳吸附容量降低。另外,使吸附剂1载持于蜂窝(蜂窝转子)时,可以在蜂窝内将载持各吸附剂1的部位分开。
[0107] 流化床式反应容器例如构成为:通过减少吸附剂1的填充量从而能够利用动力(传送带、吹机等)使吸附剂1流动。使用流化床式反应容器时,例如可以设置处理对象气体所流通的反应容器和加热用气体所流通的加热用容器,使用动力(传送带、吹风机等)使吸附剂1(例如粒状或粉状吸附剂)在反应容器与加热用容器之间移动,从而反复进行二氧化碳的吸附与脱附。该方式中,由于不需要切换在反应容器中流通的气体,因此管线、阀等的构成变得简洁。另外,可以在二氧化碳吸附时与脱附时设定不同的空隙率。例如,可以按照脱附时空隙率变低的方式设定,提高吸附于吸附剂的气体(吸附气体)的纯度(CO2纯度)。以气体流量非常大的气体(锅炉废气等)作为处理对象气体时,可以使用利用气体将吸附剂1吹起的方式代替传送带来进行二氧化碳的除去。由于与传送带相比机械部件减少,因此成为简洁的构成。
[0108] 以上,对本实施方式的二氧化碳除去装置和使用该装置的二氧化碳的除去方法(吸附剂的二氧化碳吸附容量的恢复方法)进行了说明,但本发明不限定于上述实施方式。
[0109] 例如,图1中,气体供给流路30连接于反应容器10的下方,第一气体排出流路31和第二气体排出流路32连接于反应容器10的上方,但气体供给流路30、第一气体排出流路31和第二气体排出流路32的配置位置没有特别限定。另外,图1中,第一气体排出流路31和第二气体排出流路32各自与反应容器10连接,但也可以通过将1条流路与反应容器10连接并使该流路一分为二来构成第一气体排出流路31和第二气体排出流路32。另外,图1中,从水容易排出的观点考虑,水供给流路21连接于反应容器10的上方,水排出流路22连接于反应容器10的下方,但水供给流路21和水排出流路22的连接位置没有特别限定。
[0110] 另外,图1中,第二温度调整部设置于反应容器10的外部,但也可以设置于反应容器内。另外,图1中,第三温度调整部51设置于水回收部50的外部,但也可以设置于水回收部50的内部。
[0111] 另外,图1所示的气体供给量调整部33、第一气体排出量调整部34、第二气体排出量调整部35、水供给量调整部23和水排出量调整部24是阀,但也可以由其他设备构成。构成水供给量调整部23的设备例如可以为螺旋式流量计、叶轮式流量计、分流式流量计、差压式流量计、电磁式流量计等设备。水供给量调整部23为了基于水的供给量来调整水的供给量,优选有时具备测量水的供给量的测量设备。此时,控制部80可以为基于来自测量设备的电信号来控制水供给量调整部23的控制部。
[0112] 另外,二氧化碳除去装置100可以进一步具备气体浓度调整部,该气体浓度调整部用于调整供给至反应容器中的处理对象气体中的各气体成分的浓度。此时,控制部80可以为基于由第一气体浓度检测方法所检测到的信息来控制气体浓度调整部的控制部。
[0113] 另外,二氧化碳除去装置100的各构成要素可以为多个。例如,可以在填充有吸附剂的反应容器的后段设置填充有相同或不同吸附剂(能够吸附二氧化碳或其他气体的吸附剂)的反应容器。也可以进一步在连接反应容器的管线部设置用于切换流路的阀。此时,可以根据需要使用后段的反应容器。
[0114] 例如,在前段的反应容器中填充有能够吸附二氧化碳的吸附剂时,认为二氧化碳会先达到捕捉饱和,由前段的反应容器的出口排出二氧化碳。在二氧化碳先达到捕捉饱和时,即,吸附剂将吸附容量程度的二氧化碳吸附而变得无法吸附二氧化碳时,可以在设置于后段的反应容器中使用通过二氧化碳以外的气体流通会使二氧化碳吸附容量下降的吸附剂。作为这样的吸附剂的例子,可列举沸石和活性碳。另外,在二氧化碳以外的气体先达到捕捉饱和时,可以在设置于后段的反应容器中使用二氧化碳的吸附性优异的吸附剂(二氧化碳吸附容量大的吸附剂)。作为这样的吸附剂的例子,可列举氧化铈(CeO2)。在处理对象气体中的二氧化碳与其他气体的浓度比容易变动,从而任一气体容易达到捕捉饱和或不明时,可以设为如下方式:在后段设置2个反应容器,根据达到捕捉饱和的气体的种类来选择要使用的反应容器。仅使用前段的反应容器就能够除去二氧化碳时,不需要在后段的反应容器中进行二氧化碳的脱离处理,从而能够减少能耗。
[0115] 作为反应容器和吸附剂的组合的例子,可列举如下组合:在前段的反应容器中设置CO2吸附性优异且含有包含选自由稀土元素、锆和锌组成的组中的至少一种的氧化物的吸附剂,在后段的反应容器中设置具有二氧化碳吸附性、进一步H2S吸附性优异的含有包含选自由除铈以外的稀土元素、锆和锌组成的组中的至少一种的氧化物的吸附剂。使用这样的构成的二氧化碳除去装置从含有二氧化碳和硫化氢(H2S)的处理对象气体中除去二氧化碳时,即使在前段的反应容器中二氧化碳达到捕捉饱和而使二氧化碳从前段的反应容器排出的情况下,也能够在后段的反应容器中除去二氧化碳。即使在前段的反应容器中除二氧化碳以外的气体(硫化氢)达到捕捉饱和而使除二氧化碳以外的气体从前段的反应容器排出的情况下,也能够利用后段的吸附剂(例如沸石)来除去除二氧化碳以外的气体。但是,一般而言,硫化氢对于吸附剂的吸附力较强。因此,为了使硫化氢从吸附剂脱附,加热和减压所需要的负荷高于使二氧化碳脱附的情况。因此,在本构成中,从能够减少能耗的观点考虑,优选以在前段的反应容器中二氧化碳不会达到捕捉饱和的方式适当地实施脱附工序。
[0116] 另外,二氧化碳除去装置100也可以不具备:气体供给量调整部33、第一气体排出量调整部34、第二气体排出量调整部35、第一气体浓度检测部36、第二气体浓度检测部37、第一温度调整部25、第二温度调整部41、第三温度调整部51、压力调整部42、水回收部50、二氧化碳回收部70、控制部80、水循环流路60等。
[0117] 另外,可以使用多个本实施方式的二氧化碳除去装置100来构成二氧化碳除去系统。此时,也可以设置用于统一控制多个二氧化碳除去装置的控制装置来控制多个二氧化碳装置。
[0118] 实施例
[0119] 以下,使用实施例和比较例进一步详细说明本发明的内容。但是,本发明不限定于以下实施例。需要说明的是,实施例和比较例的CO2吸附脱附循环试验中的处理对象气体模拟了火力发电厂的废气。
[0120] (实施例1)
[0121]
[0122] 使用直径40mm的模具,利用压机以500kgf将30g粉末状的铈氧化物(CeO2)颗粒化。接着,将颗粒破碎后,使用筛整粒成粒状(粒径:0.5~1.0mm),获得粒状吸附剂(以下,仅称为“吸附剂”)。然后,使用量筒量取20.0ml吸附剂,并固定于SUS制反应管中。接着,实施吸附工序、脱附工序、和冷却工序。
[0123] 吸附工序中,使用电炉使吸附剂的温度升温至50℃后,一边利用电炉将吸附剂的温度保持为50℃,一边使混合气体在反应管中流通,该混合气体含有15体积%的CO2、5体积%的O2、150ppm的NO、和包含约50℃的饱和水蒸气的约80体积%的N2。混合气体的流量设为2000mL/min。利用气相色谱(载气:He)测定反应管出口的CO2浓度,并持续导入气体,直到在反应管的出口处测定的CO2浓度饱和为止。根据到CO2浓度饱和为止的反应管的入口侧与出口侧的CO2浓度的差值来测定CO2吸附量。
[0124] 在接下来的脱附工序中,通过利用电炉使吸附剂的温度升温至200℃而使CO2从吸附剂脱附。然后,在冷却工序中,一边仅使N2气在反应管中流通,一边将吸附剂的温度冷却至50℃。
[0125] 将该一系列工序(吸附工序、脱附工序和冷却工序)反复进行24次循环后,测定24次循环时的CO2吸附量,并基于下述式来算出24次循环的CO2吸附量维持率。
[0126] 24次循环的CO2吸附量维持率(%)=(初次循环时的CO2吸附量)/(24次循环时的CO2吸附量)×100
[0127] 接着,以10ml/min使液体水从连接于反应管上方的水供给流路向反应管内流通10分钟,从而实施清洗工序。清洗工序后,再次实施吸附工序和脱附工序。测定25次循环时的CO2吸附量,并基于下述式来测定25次循环的CO2吸附量。
[0128] 25次循环的CO2吸附量维持率(%)=(初次循环时的CO2吸附量)/(25次循环时的CO2吸附量)×100
[0129] 实施例1中,在初次循环前、24次循环后和25次循环后,测定吸附剂的拉曼光谱。关于拉曼光谱的测定条件,使用显微拉曼分光装置(RAMAN touch,Nanophoton公司制),并设为激光波长:532nm、倍率:50倍、测定时间:5分钟的参数分析。将测定结果示于图4。图4中的(a)表示初次循环前的拉曼光谱,图4中的(b)表示24次循环后的拉曼光谱,图4中的(c)表示25次循环后的拉曼光谱。
[0130] (实施例2)
[0131] 按照以下步骤进行清洗工序,除此以外按照与实施例1同样的步骤进行CO2吸附脱附循环试验。实施例2的清洗工序中,在供给水时不进行水的排出,而是将水供给至反应管内,直到填充于反应管内的吸附剂浸渍在水中为止。在该状态下放置10分钟后,将水从反应管向下游侧排出。
[0132] (实施例3)
[0133] 作为混合气体,使用含有15体积%的CO2、5体积%的O2、300ppm的SO2和约80体积%的N2的混合气体,除此以外按照与实施例1同样的步骤实施CO2吸附脱附循环试验。
[0134] (实施例4)
[0135] 作为混合气体,使用含有15体积%的CO2、5体积%的O2、300ppm的SO2和约80体积%的N2的混合气体,除此以外按照与实施例2同样的步骤实施CO2吸附脱附循环试验。
[0136] (比较例1)
[0137] 不实施清洗工序,除此以外按照与实施例1同样的步骤实施CO2吸附脱附循环试验。
[0138] (比较例2)
[0139] 不实施清洗工序,除此以外按照与实施例3同样的步骤实施CO2吸附脱附循环试验。
[0140] 将实施例和比较例的CO2吸附脱附循环试验的结果示于表1和图3。图3是表示25次循环后的CO2吸附量维持率的结果的图表。
[0141] [表1]
[0142]
[0143] 在实施了清洗工序的实施例1~4中,25次循环的CO2吸附量维持率为90%左右,吸附剂显示出较高的CO2吸附脱附循环特性。另一方面,在未实施清洗工序的比较例1和2中,25次循环的CO2吸附量维持率与实施例相比均明显低。
[0144] 另外,如图4所示,在24次循环后的拉曼光谱中,在1000cm-1附近确认到源自硝酸铈的峰。即,确认到在吸附剂表面析出了硝酸铈。另一方面,在吸附工序后(25次循环后)的拉曼光谱中,1000cm-1附近的峰消失,确认到与初次循环前同样的光谱。由这些结果确认到,通过在二氧化碳除去装置中设置水调整部来实施清洗工序,能够恢复吸附剂的二氧化碳吸附容量,从而能够提高吸附剂的CO2吸附脱附循环特性。
[0145] 符号说明
[0146] 1:吸附剂、10:反应容器、20:水调整部:21:水供给流路、22:水排出流路、23:水供给量调整部、24:水排出量调整部、25:第一温度调整部、40:温度检测部、41:第二温度调整部、50:水回收部、51:第三温度调整部、80:控制部。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈