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公開番号2025031375
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137558
出願日2023-08-25
発明の名称二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収装置
出願人国立大学法人神戸大学
代理人個人,個人,個人
主分類B01D 53/22 20060101AFI20250228BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】CO₂を低濃度(具体的には、100～10000ppm程度)で含む原料ガスから効率的にCO₂を回収する、新規なCO₂回収方法を提供する。
【解決手段】CO₂選択透過膜を用いて、原料ガスからCO₂を回収する方法であって、原料ガスを、第1のCO₂選択透過膜に接触させて、第1の透過ガスを取得する工程1と、第1の透過ガスを、第2のCO₂選択透過膜に接触させて、第2の透過ガスを取得する工程2と、を備え、工程1において、原料ガスは、CO₂濃度が100～10000ppm、水蒸気分率が1～10%であり、工程1において、第1のCO₂選択透過膜により、第1の透過ガスの水蒸気分率を、原料ガスの水蒸気分率よりも高め、工程2において、第2のCO₂選択透過膜は、促進輸送膜であり、工程2において、第2のCO₂選択透過膜により、第2の透過ガスのCO₂純度を、第1の透過ガスのCO₂純度よりも高める、CO₂回収方法。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ＣＯ
2
選択透過膜を用いて、原料ガスからＣＯ
2
を回収する方法であって、
前記原料ガスを、第１のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第１の透過ガスを取得する工程１と、
前記第１の透過ガスを、第２のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第２の透過ガスを取得する工程２と、
を備え、
前記工程１において、前記原料ガスは、ＣＯ
2
濃度が１００～１００００ｐｐｍ、水蒸気分率が１～１０％であり、
前記工程１において、前記第１のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第１の透過ガスの水蒸気分率を、前記原料ガスの水蒸気分率よりも高め、
前記工程２において、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜は、促進輸送膜であり、
前記工程２において、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第２の透過ガスのＣＯ
2
純度を、前記第１の透過ガスのＣＯ
2
純度よりも高める、ＣＯ
2
回収方法。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記工程１及び工程２は、１～２００℃の温度範囲で行われる、請求項１に記載のＣＯ
2
回収方法。
【請求項３】
前記促進輸送膜の水蒸気透過係数が、５００，０００ｂａｒｒｅｒ以下である、請求項１又は２に記載のＣＯ
2
回収方法。
【請求項４】
前記第１のＣＯ
2
選択透過膜の表面積が５～１００ｍ
2
であり、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜の表面積が２～２００ｍ
2
である、請求項１又は２に記載のＣＯ
2
回収方法。
【請求項５】
前記第２の透過ガスは、ＣＯ
2
純度が１０％以上である、請求項１又は２に記載のＣＯ
2
回収方法。
【請求項６】
原料ガスからＣＯ
2
を回収するために用いられる、ＣＯ
2
回収装置であって、
前記原料ガスを接触させて第１の透過ガスを取得するための第１のＣＯ
2
選択透過膜と、
前記第１の透過ガスを接触させて第２の透過ガスを取得するための第２のＣＯ
2
選択透過膜と、
を備え、
前記第１のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第１の透過ガスの水蒸気分率が、前記原料ガス水蒸気分率よりも高められ、
前記第２のＣＯ
2
選択透過膜は、促進輸送膜であり、
前記第２のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第２の透過ガスのＣＯ
2
純度が、前記第１の透過ガスのＣＯ
2
純度よりも高められる、ＣＯ
2
回収装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＣＯ
2
選択透過膜を用いた、ＣＯ
2
回収方法及びＣＯ
2
回収装置に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、大気中のＣＯ
2
を直接回収する「ＤＡＣ（ＤｉｒｅｃｔＡｉｒＣａｐｔｕｒｅ）」という技術が、注目を集めている。日本においてもパリ協定に始まった２０５０年までの「ネットゼロ」達成に向けて、温室効果ガス排出削減策の一つとして活用が検討されている。
【０００３】
大気中のＣＯ
2
濃度は４００ｐｐｍ程であり、火力発電所の排ガス中のＣＯ
2
濃度の１／１００～１／３００程度であることから、従来、大気からのＣＯ
2
の回収は、化石燃料燃焼時の排ガス等からのＣＯ
2
回収と比較して、より大きなエネルギーが必要とされてきた。
【０００４】
また、大気中に４００ｐｐｍ程度しか存在しない低濃度のＣＯ
2
を回収するためには、既存技術ではＣＯ
2
を分離、回収するために加圧や加熱などの多大なエネルギーが必要である。効率的にＣＯ
2
回収量を増加させるためには、スケールメリットを生かす他なく、大規模な施設が必要となる。
【０００５】
人口密度が高くＣＯ
2
排出量が多い都市部では、大規模なＤＡＣ施設を建設する場所が限られる。その為、ＣＯ
2
濃度が高い人口集中地域や工業地帯に設置可能な小型装置及び回収効率が高い技術の開発が求められている。そのようなコンパクトなＣＯ
2
分離回収を実現し得ると期待される技術として、ＣＯ
2
分離膜（ＣＯ
2
選択透過膜）を用いた分離回収法が注目されている。
【０００６】
ＣＯ
2
の選択透過性に優れたＣＯ
2
分離膜として、例えば、ゴム状高分子膜、ガラス状高分子膜、促進輸送膜などの様々な高分子膜が開発されている。例えば、特許文献１には、促進輸送膜をガス分離膜に利用した、ＣＯ
2
回収方法が開示されている。促進輸送膜では、ガス分離膜としての促進輸送膜の一方の面に、水（水蒸気）とともに二酸化炭素を含有する混合ガスを供給し、ガス分離膜によりＣＯ
2
をイオン化することで、二酸化炭素が選択的にガス分離膜を透過し、ＣＯ
2
が回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１２－１９２３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、ＣＯ
2
を低濃度（具体的には、１００～１００００ｐｐｍ程度）で含む原料ガスから効率的にＣＯ
2
を回収する、新規なＣＯ
2
回収方法を提供することを主な目的とする。さらに、本開示は、当該ＣＯ
2
回収方法に好適に使用することができる、ＣＯ
2
回収装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、ＣＯ
2
選択透過膜を用いて、原料ガスからＣＯ
2
を回収する方法において、原料ガスを、第１のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第１の透過ガスを取得する工程１と、第１の透過ガスを、第２のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第２の透過ガスを取得する工程２とを備え、工程１において、原料ガスは、ＣＯ
2
濃度が１００～１００００ｐｐｍ、水蒸気分率が１～１０％とし、工程１において、第１のＣＯ
2
選択透過膜により、第１の透過ガスの水蒸気分率を、原料ガスの水蒸気分率よりも高め、工程２において、第２のＣＯ
2
選択透過膜として、促進輸送膜を用い、工程２において、第２のＣＯ
2
選択透過膜により、第２の透過ガスのＣＯ
2
純度を、第１の透過ガスのＣＯ
2
純度よりも高めることにより、ＣＯ
2
を低濃度で含む原料ガスから効率的にＣＯ
2
を回収できることを見出した。
【００１０】
本開示は、これらの知見に基づいて、更に検討を重ねることにより完成したものである。即ち、本開示は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項１．ＣＯ
2
選択透過膜を用いて、原料ガスからＣＯ
2
を回収する方法であって、
前記原料ガスを、第１のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第１の透過ガスを取得する工程１と、
前記第１の透過ガスを、第２のＣＯ
2
選択透過膜に接触させて、第２の透過ガスを取得する工程２と、
を備え、
前記工程１において、前記原料ガスは、ＣＯ
2
濃度が１００～１００００ｐｐｍ、水蒸気分率が１～１０％であり、
前記工程１において、前記第１のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第１の透過ガスの水蒸気分率を、前記原料ガスの水蒸気分率よりも高め、
前記工程２において、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜は、促進輸送膜であり、
前記工程２において、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第２の透過ガスのＣＯ
2
純度を、前記第１の透過ガスのＣＯ
2
純度よりも高める、ＣＯ
2
回収方法。
項２．前記工程１及び工程２は、１～２００℃の温度範囲で行われる、項１に記載のＣＯ
2
回収方法。
項３．前記促進輸送膜の水蒸気透過係数が、５００，０００ｂａｒｒｅｒ以下である、項１又は２に記載のＣＯ
2
回収方法。
項４．前記第１のＣＯ
2
選択透過膜の表面積が５～１００ｍ
2
であり、前記第２のＣＯ
2
選択透過膜の表面積が２～２００ｍ
2
である、項１～３のいずれか１項に記載のＣＯ
2
回収方法。
項５．前記第２の透過ガスは、ＣＯ
2
純度が１０％以上である、項１～４のいずれか１項に記載のＣＯ
2
回収方法。
項６．原料ガスからＣＯ
2
を回収するために用いられる、ＣＯ
2
回収装置であって、
前記原料ガスを接触させて第１の透過ガスを取得するための第１のＣＯ
2
選択透過膜と、
前記第１の透過ガスを接触させて第２の透過ガスを取得するための第２のＣＯ
2
選択透過膜と、
を備え、
前記第１のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第１の透過ガスの水蒸気分率が、前記原料ガス水蒸気分率よりも高められ、
前記第２のＣＯ
2
選択透過膜は、促進輸送膜であり、
前記第２のＣＯ
2
選択透過膜により、前記第２の透過ガスのＣＯ
2
純度が、前記第１の透過ガスのＣＯ
2
純度よりも高められる、ＣＯ
2
回収装置。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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