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公開番号2024076384
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-05
出願番号2024009873,2024514239
出願日2024-01-26,2023-03-28
発明の名称酸性ガス吸着装置の再生方法
出願人日本碍子株式会社
代理人個人
主分類B01D 53/04 20060101AFI20240529BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】酸性ガス回収性能を円滑に回復でき、ランニングコストの低減を図ることができる酸性ガス吸着装置の再生方法、および、優れた酸性ガス回収性能を有する酸性ガス吸着装置を製造できる酸性ガス吸着装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態による酸性ガス吸着装置の再生方法は、酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを酸性ガス吸着層と接触するように供給して、酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と;酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と;酸性ガスを吸着させる工程および酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の酸性ガス吸着層を、基材の表面から除去する工程と;酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に、多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と;を含んでいる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基材と、前記基材の表面に配置される酸性ガス吸着層であって多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層と、を備える酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを前記酸性ガス吸着層と接触するように供給して、前記酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と；
前記酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と；
前記酸性ガスを吸着させる工程および前記酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の前記酸性ガス吸着層を、前記基材の表面から除去する工程と；
前記酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と；を含み、
前記基材を構成する材料は、アルミナ、炭化珪素、または、珪素－炭化珪素系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記多孔質担体は、メソポーラスシリカおよび／またはゼオライトを含み、
前記酸性ガス吸着層を前記基材の表面から除去する工程において、前記酸性ガス吸着層に酸性溶液を接触させて、前記酸性ガス吸着層を溶解する、
酸性ガス吸着装置の再生方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記酸性溶液は、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、塩酸、または、リン酸から選択される少なくとも１種を含む、請求項１に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項３】
基材と、前記基材の表面に配置される酸性ガス吸着層であって多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層と、を備える酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを前記酸性ガス吸着層と接触するように供給して、前記酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と；
前記酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と；
前記酸性ガスを吸着させる工程および前記酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の前記酸性ガス吸着層を、前記基材の表面から除去する工程と；
前記酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と；を含み、
前記基材を構成する材料は、炭化珪素および／または珪素－炭化珪素系複合材料を含み、
前記多孔質担体は、メソポーラスアルミナを含み、
前記酸性ガス吸着層を前記基材の表面から除去する工程において、前記酸性ガス吸着層にアルカリ性溶液を接触させて、前記酸性ガス吸着層を溶解する、酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項４】
前記アルカリ性溶液は、水酸化ナトリウム、または、水酸化カリウムから選択される少なくとも１種を含む、請求項３に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項５】
基材と、前記基材の表面に配置される酸性ガス吸着層であって多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層と、を備える酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを前記酸性ガス吸着層と接触するように供給して、前記酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と；
前記酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と；
前記酸性ガスを吸着させる工程および前記酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の前記酸性ガス吸着層を、前記基材の表面から除去する工程と；
前記酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と；を含み、
前記基材は、複数のセルを規定する隔壁を備えるハニカム状基材であり、
前記酸性ガス吸着層は、前記隔壁の表面に形成されており、
前記酸性ガス吸着層は、前記多孔質担体および前記酸性ガス吸着材を含む粒子と、前記粒子を結合可能な有機バインダと、を含み、
前記有機バインダは、非プロトン性極性溶媒に対して溶解可能であり、かつ、プロトン性極性溶媒に対して実質的に不溶であり、
前記酸性ガス吸着層を前記基材の表面から除去する工程において、前記酸性ガス吸着層に非プロトン性極性溶媒を接触させて、前記有機バインダを溶解する、酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項６】
前記基材は、複数のセルを規定する隔壁を備えるハニカム状基材であり、
前記酸性ガス吸着層は、前記隔壁の表面に形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項７】
前記酸性ガスは、二酸化炭素である、請求項１から５のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法。
【請求項８】
前記酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程において、前記酸性ガス吸着装置に供給される酸性ガスを含むガスは、空気である、請求項１から５のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸性ガス吸着装置の再生方法および酸性ガス吸着装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 4,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷を低減するために、大気に含まれる酸性ガスを分離・回収する取り組みがなされている。このような酸性ガスとして、主に、地球温暖化の原因となる二酸化炭素（以下ＣＯ
２
と称する場合がある）が挙げられる。そのような取り組みの代表例として、二酸化炭素回収・利用・貯留（ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ：ＣＣＵＳ）サイクルが知られている。このような二酸化炭素の分離・回収に用いられる二酸化炭素吸着装置として、複数の仕切り壁を有し、それによって複数の流れチャネルが形成されるハニカム基材と、仕切り壁中および上に配置される官能性構造単位基と、を含んでなる、ＣＯ
２
捕獲用吸収性構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなＣＯ
２
捕獲用吸収性構造では、吸収性構造中を流れるガス流体からＣＯ
２
を捕獲でき、捕獲されたＣＯ
２
を所定条件下において脱離できる。しかし、特許文献１に記載のＣＯ
２
捕獲用吸収性構造を用いて大気に含まれるＣＯ
２
の吸着および脱離を繰り返すと、大気中に含まれる不純物および加熱処理の繰り返しによりＣＯ
２
回収率が徐々に低下する場合がある。この場合、ＣＯ
２
捕獲用吸収性構造の全体の交換が必要となり、ランニングコストが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１３／１１９９２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主たる目的は、酸性ガス回収性能を円滑に回復でき、ランニングコストの低減を図ることができる酸性ガス吸着装置の再生方法、および、優れた酸性ガス回収性能を有する酸性ガス吸着装置を製造できる酸性ガス吸着装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［１］本発明の実施形態による酸性ガス吸着装置の再生方法は、基材と、該基材の表面に配置される酸性ガス吸着層であって多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層と、を備える酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを該酸性ガス吸着層と接触するように供給して、該酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と；該酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と；該酸性ガスを吸着させる工程および該酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の酸性ガス吸着層を該基材の表面から除去する工程と；酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と；を含んでいる。
［２］１つの実施形態は、上記酸性ガスが二酸化炭素である、上記項目［１］に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［３］１つの実施形態は、上記基材が複数のセルを規定する隔壁を備えるハニカム状基材であり、上記酸性ガス吸着層が前記隔壁の表面に形成されている、上記項目［１］または［２］に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［４］１つの実施形態は、上記基材を構成する材料が、コージェライト、アルミナ、ムライト、炭化珪素、珪素－炭化珪素系複合材料、または、窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも１種を含み、上記多孔質担体が、有機金属構造体および／または活性炭を含み、上記酸性ガス吸着層を基材の表面から除去する工程において、上記酸性ガス吸着装置を加熱して酸性ガス吸着層を焼失させる、上記項目［１］から［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［５］１つの実施形態は、上記酸性ガス吸着層を基材の表面から除去する工程において、上記酸性ガス吸着装置を４００℃以上に加熱する、上記項目［４］に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［６］１つの実施形態は、上記基材を構成する材料が、アルミナ、炭化珪素、または、珪素－炭化珪素系複合材料からなる群から選択される少なくとも１種を含み、上記多孔質担体が、メソポーラスシリカおよび／またはゼオライトを含み、上記酸性ガス吸着層を基材の表面から除去する工程において、上記酸性ガス吸着層に酸性溶液を接触させて酸性ガス吸着層を溶解する、上記項目［１］から［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［７］１つの実施形態は、上記酸性溶液が、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、塩酸、または、リン酸から選択される少なくとも１種を含む、上記項目［６］に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［８］１つの実施形態は、上記基材を構成する材料が、炭化珪素および／または珪素－炭化珪素系複合材料を含み、上記多孔質担体が、メソポーラスアルミナを含み、上記酸性ガス吸着層を基材の表面から除去する工程において、上記酸性ガス吸着層にアルカリ性溶液を接触させて酸性ガス吸着層を溶解する、上記項目［１］から［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［９］１つの実施形態は、上記アルカリ性溶液が、水酸化ナトリウム、または、水酸化カリウムから選択される少なくとも１種を含む、上記項目［８］に記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［１０］１つの実施形態は、上記酸性ガス吸着層は、上記多孔質担体および上記酸性ガス吸着材を含む粒子と、上記粒子を結合可能な有機バインダと、を含み、上記有機バインダは、非プロトン性極性溶媒に対して溶解可能であり、かつ、プロトン性極性溶媒に対して実質的に不溶であり、上記酸性ガス吸着層を基材の表面から除去する工程において、上記酸性ガス吸着層に非プロトン性極性溶媒を接触させて、上記有機バインダを溶解する、上記項目［１］から［３］のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［１１］１つの実施形態は、上記酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程において、上記酸性ガス吸着装置に供給される酸性ガスを含むガスが空気である、上記項目［１］から［１０］のいずれかに記載の酸性ガス吸着装置の再生方法である。
［１２］本発明の別の局面による酸性ガス吸着装置の製造方法は、基材と、該基材の表面に配置される酸性ガス吸着層であって多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層と、を備える酸性ガス吸着装置に、酸性ガスを含むガスを該酸性ガス吸着層と接触するように供給して、該酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程と；該酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程と；該酸性ガスを吸着させる工程および該酸性ガスを脱離させる工程が実施された酸性ガス吸着装置の酸性ガス吸着層を該基材の表面から除去する工程と；該酸性ガス吸着層が除去された基材の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層を形成する工程と；を含んでいる。
［１３］１つの実施形態は、上記酸性ガスが二酸化炭素である、上記項目［１２］に記載の酸性ガス吸着装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、酸性ガス回収性能を円滑に回復でき、ランニングコストの低減を図ることができる酸性ガス吸着装置の再生方法、および、優れた酸性ガス回収性能を有する酸性ガス吸着装置を製造できる酸性ガス吸着装置の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る二酸化炭素吸着装置の概略斜視図である。
図２は、図１の二酸化炭素吸着装置の概略断面図である。
図３は、図１の二酸化炭素吸着装置から二酸化炭素吸着層を除去した状態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【０００９】
Ａ．酸性ガス吸着装置の再生方法の概略
図１は本発明の１つの実施形態に係る二酸化炭素吸着装置の概略斜視図であり；図２は図１の二酸化炭素吸着装置の概略断面図であり；図３は図１の二酸化炭素吸着装置から二酸化炭素吸着層を除去した状態の概略斜視図である。
本発明の１つの実施形態による酸性ガス吸着装置の再生方法は、基材１と、基材１の表面に配置される酸性ガス吸着層１５であって、多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層１５とを備える酸性ガス吸着装置１００に、酸性ガスを含むガスを酸性ガス吸着層１５と接触するように供給して、酸性ガス吸着材に酸性ガスを吸着させる工程（吸着工程）と；酸性ガス吸着材から酸性ガスを脱離させる工程（脱離工程）と；吸着工程および脱離工程が実施された酸性ガス吸着装置１００の酸性ガス吸着層１５を基材１の表面から除去する工程（除去工程）と；酸性ガス吸着層１５が除去された基材１の表面に多孔質担体と酸性ガス吸着材とを含む酸性ガス吸着層１５を形成する工程（再形成工程）と；を含んでいる。
本発明者らは、基材の寿命が酸性ガス吸着材の寿命よりも長いことを見出し、本発明を完成するに至った。より詳しくは、吸着工程および脱離工程が実施された酸性ガス吸着装置の酸性ガス吸着層を基材の表面から除去した後、新たな酸性ガス吸着層を基材の表面に形成する。これによって、酸性ガス吸着装置が再生される。そのため、基材を再利用できながら、優れた酸性ガス回収性能を円滑に回復できる。その結果、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００１０】
酸性ガスとしては、例えば、二酸化炭素（ＣＯ
２
）、硫化水素、二酸化硫黄、二酸化窒素、塩化水素が挙げられる。
１つの実施形態において、上記酸性ガスは、二酸化炭素（ＣＯ
２
）である。本実施形態では、酸性ガス吸着装置１００は二酸化炭素吸着装置１００であり、酸性ガス吸着層１５は二酸化炭素吸着層１５であり、酸性ガス吸着材は二酸化炭素吸着材である。以下では、酸性ガス吸着装置の一実施形態としての二酸化炭素吸着装置１００について詳述する。
（【００１１】以降は省略されています）

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