JPH1128331A - 二酸化炭素の電気化学的分離法 - Google Patents

二酸化炭素の電気化学的分離法

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JPH1128331A
JPH1128331A JP9201019A JP20101997A JPH1128331A JP H1128331 A JPH1128331 A JP H1128331A JP 9201019 A JP9201019 A JP 9201019A JP 20101997 A JP20101997 A JP 20101997A JP H1128331 A JPH1128331 A JP H1128331A
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスから純粋な二酸化炭素を連続的に取り
出す。 【解決手段】 溶融炭酸塩をしみ込ませた電解質板をカ
ソード2とアノード3で挟んでなる濃縮機4を用いる。
カソード2とアノード3との間に電源5により電位を与
える。カソード2に低濃度のCO2 とO2 を含む排ガス
を供給し、電気化学反応によりCO2 をCO3 2-に変え
る。CO3 2-を電解質板1を通しアノード3に泳動さ
せ、電気化学反応によりCO2 とO2 を分離生成させ、
アノード出口ガスとして圧縮液化分離機7に送る。圧縮
液化分離機7でCO2 を分離させた後のO2 を気体のま
まカソード2の入口にリサイクルさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は工業排ガス等の低濃
度の二酸化炭素(CO2 ガス)を溶融炭酸塩を利用して
電気化学的に濃縮して分離する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、地球温暖化現象が世界的な問題と
なっているが、地球温暖化問題の対象となるのは、工業
的な燃焼排ガス(化石燃料の燃焼排ガス)の如き低濃度
の多量のCO2 ガスである。
【0003】上記低濃度のCO2 ガスを電気化学的に濃
縮して分離回収する技術の研究開発が最近進められてい
るが、現時点では具現化されていない。
【0004】一方、類似技術として、電気化学的セルを
用いて、カソード側への空気の供給により、酸素
(O2 )の濃縮を電気化学的に行わせるようにしたもの
が提案されている(特公平7−20532号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記提案さ
れている技術の場合には、火力発電所の排ガスのような
2 濃度の低いガスを対象としたものではないので、低
濃度のCO2 ガスとO2ガスを含む排ガスの濃縮、分離
のために単に採用すると、カソード側の酸素が不足して
反応が維持できず、反応維持のために空気を加えるよう
にすると流量が多くなると共に供給のための動力が必要
となり、又、二酸化炭素濃度も低下して過電圧が大きく
なってしまう。
【0006】そこで、本発明は、電気化学的セルを用い
てアノード側で排ガス中の二酸化炭素のほかに酸素も濃
縮されることに注目してなしたもので、カソードに供給
される排ガス中の酸素濃度を確保して酸欠をなくし、
又、過電圧を低減させることができるようにして、排ガ
スから純粋な二酸化炭素を連続的に取り出すことができ
るような二酸化炭素の電気化学的分離法を提供しようと
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、溶融炭酸塩をしみ込ませた多孔質物質製
電解質板を多孔質体製のカソードとアノードで両面から
挟んでなる濃縮機を用い、上記カソードとアノードとの
間に電位を与えた状態として、カソードに原料ガスとし
て低濃度の二酸化炭素と酸素を含むガスを供給し、該カ
ソード側で CO2 +1/2 O2 +2e- →CO3 2- の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解
質板を通しアノードに移動させ、該アノード側で電気化
学反応を行わせることにより、炭酸イオンから二酸化炭
素と酸素とを濃縮分離させてアノード出口ガスとして排
出させ、しかる後、該アノード出口ガス中から二酸化炭
素を分離して、残った酸素ガスを上記カソードの入口に
供給するようにさせる二酸化炭素の電気化学的分離法と
する。
【0008】又、アノード出口ガス中の二酸化炭素を分
離させるために、圧縮液化分離機を用いるようにする。
【0009】炭酸ガスの吸収、移動が電気化学的に行わ
れるため、原料ガス中の不純物が含まれることなく二酸
化炭素を濃縮することができ、分離した二酸化炭素は高
純度で付加価値の高いものとすることができる。又、二
酸化炭素を分離した後の酸素のみが気体としてカソード
の入口にリサイクルされることから、原料ガス中の酸素
濃度が確保されて酸欠がなくなり、過電圧を低減するこ
とができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0011】図1は本発明の二酸化炭素の電気化学的分
離法の実施に用いる装置の一例を示す概念図であり、電
解質として溶融炭酸塩をしみ込ませた多孔質物質製の電
解質板1を、いずれも多孔質体としたカソード2とアノ
ード3の両電極で両面から挟んでなる電気化学的セルを
濃縮機4として構成し、且つ該濃縮機4の上記カソード
2とアノード3との間に、電源5を接続して、カソード
2とアノード3との間に電位差が与えられるようにす
る。
【0012】又、上記アノード3の出口ライン6に二酸
化炭素分離機としての圧縮液化分離機7を設置し、該圧
縮液化分離機7に接続した酸素取出ライン8を、原料ガ
ス供給ラインとしてのカソード2の入口ライン9に接続
して、酸素リサイクル系を形成する。
【0013】上記電解質板1としては、たとえば、リチ
ウムアルミネート(LiAlO2 )により構成したマト
リックスに電解質である炭酸塩を主成分とする溶融塩を
含浸させたものを用いる。炭酸塩としては、リチウム、
ナトリウム、カリウムなどからなるアルカリ金属の中か
ら選ばれた炭酸塩や、マグネシウム、カルシウム等から
なるアルカリ土類金属の中から選ばれた炭酸塩を単独又
は複数を混合した状態で使用する。
【0014】又、カソード2及びアノード3としては、
高温で且つ酸化雰囲気に耐えられる導電性金属酸化物と
して、どちらも、酸化ニッケル、酸化鉄、あるいは、酸
化銅及びその他金属酸化物が単独又は混合されたもの
に、リチウムがドープされた多孔質体を用いる。
【0015】更に、濃縮機4のホルダーとしては、SU
S310、SUS316、SUS304の如きステンレ
ス材、及び鉄にニッケル、クロム、チタン、モリブデ
ン、ニオブの如き物質が添加された材料を単独又は複合
して使用する。
【0016】濃縮機4のカソード2とアノード3の間に
電源5により電位を与えた状態において、原料ガスとし
て低濃度(約10%)のCO2 ガスと低濃度(約3%)
のO2 ガスを含む工業排ガスを、カソード入口ライン9
を通してカソード2に供給すると、カソード2側で、 CO2 +1/2 O2 +2e- →CO3 2- の電気化学反応が行われ、炭酸イオンCO3 2-が生成さ
れる。
【0017】次に、上記生成された炭酸イオンCO3 2-
は、電解質板1中を泳動してアノード3へ達し、アノー
ド3側で、 CO3 2-→CO2 +1/2 O2 +2e- の電気化学反応が行われ、電子が奪われることにより、
炭酸イオンCO3 2-からCO2 とO2 が生成され、アノ
ード出口ガスとしてアノード出口ライン6に排出され
る。なお、上記炭酸イオンCO3 2-から分離されたCO
2 とO2 は各々66%,34%に濃縮生成されることが
実験により確認されている。
【0018】しかる後、上記アノード出口ガスは圧縮液
化分離機7に導かれ、ここで、圧縮液化分離機7の圧力
を上げてCO2 のみを液化させ、残ったO2 を気体のま
ま酸素取出ライン8を通してカソード入口ライン9内に
供給し、リサイクルさせるようにする。
【0019】上記において、CO2 ガスは、吸収、移動
が電気化学的に行われて選択的に反応するため、原料ガ
ス中の硫化物、塩化物、NOx等の不純物を含むことな
く濃縮されることにより、高純度で付加価値の高いもの
として回収することができる。又、CO2 を分離した後
のO2 ガスがカソード2の入口にリサイクル供給される
ことから、原料ガスとしては酸素濃度を確保することが
できて酸欠をなくすことができ、これにより、反応のた
めの過電圧を小さなものとすることができる。すなわ
ち、O2 濃度が低いとカソード2側での反応のために大
きなエネルギーが必要となって過電圧が大きくなるが、
リサイクルにより原料ガス中のO2 濃度を高くすること
ができるので、反応のために大きなエネルギーが必要な
くなり、過電圧を小さくすることができる。したがっ
て、排ガスから純粋な二酸化炭素を連続的に取り出すこ
とができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の二酸化炭素の
電気化学的分離法によれば、溶融炭酸塩をしみ込ませた
多孔質物質製電解質板を多孔質体製のカソードとアノー
ドで両面から挟んでなる濃縮機を用い、上記カソードと
アノードとの間に電位を与えた状態として、カソードに
原料ガスとして低濃度の二酸化炭素と酸素を含むガスを
供給し、該カソード側で CO2 +1/2 O2 +2e- →CO3 2- の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解
質板を通しアノードに移動させ、該アノード側で電気化
学反応を行わせることにより、炭酸イオンから高濃度の
二酸化炭素と酸素とを分離生成させてアノード出口ガス
として排出させ、しかる後、該アノード出口ガス中から
二酸化炭素を分離して、残った酸素ガスを上記カソード
の入口に供給するようにし、又、上記アノード出口ガス
中の二酸化炭素を分離させるために、圧縮液化分離機を
用いるようにすることにより、CO 2 ガスを不純物の含
まない極めて高純度で付加価値の高いものとして濃縮分
離することができるので、新たな工業原料とすることが
できると共に、地球環境問題での重要な課題であるCO
2 排出量の低減に貢献でき、又、CO2 分離後のO2
カソードの入口にリサイクルすることによって、原料ガ
ス中の酸素濃度を確保することができるので、過電圧を
低減することができ、これにより、排ガスから純粋な二
酸化炭素を連続的に取り出すことができる、という優れ
た効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二酸化炭素の電気化学的分離法の実施
に用いる装置の一例を示す概略系統図である。
【符号の説明】
1 電解質板 2 カソード 3 アノード 4 濃縮機 7 圧縮液化分離機

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融炭酸塩をしみ込ませた多孔質物質製
    電解質板を多孔質体製のカソードとアノードで両面から
    挟んでなる濃縮機を用い、上記カソードとアノードとの
    間に電位を与えた状態として、カソードに原料ガスとし
    て低濃度の二酸化炭素と酸素を含むガスを供給し、該カ
    ソード側で CO2 +1/2 O2 +2e- →CO3 2- の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオンを電解
    質板を通しアノードに移動させ、該アノード側で電気化
    学反応を行わせることにより、炭酸イオンから二酸化炭
    素と酸素とを濃縮分離させてアノード出口ガスとして排
    出させ、しかる後、該アノード出口ガス中から二酸化炭
    素を分離して、残った酸素ガスを上記カソードの入口に
    供給することを特徴とする二酸化炭素の電気化学的分離
    法。
  2. 【請求項2】 アノード出口ガス中の二酸化炭素を分離
    させるために、圧縮液化分離機を用いる請求項1記載の
    二酸化炭素の電気化学的分離法。
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