JP2001300250A

JP2001300250A - 二酸化炭素濃縮装置

Info

Publication number: JP2001300250A
Application number: JP2000128326A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Otsubo; 三生大坪; Minoru Mizusawa; 実水澤; Hidekazu Kasai; 英一河西
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-10-30

Abstract

(57)【要約】【課題】濃縮セルを多段に積層し各セルに均等に処理
ガスを供給でき、各セル間の電気的接続とシールが確実
にでき、かつ濃縮セルから排出された高温排ガスで低温
排ガスを予熱でき、スタック構造の濃縮セルと一体化で
き、かつ容易に分離して交換できる熱交換器を備えた二
酸化炭素濃縮装置を提供する。【解決手段】導電性の複数のセパレ−タ１２と、各セ
パレ−タの上下面にそれぞれ収容された平板状のカソ−
ド２およびアノ−ド３と、上下のセパレ−タ間に挟持さ
れた電解質板１とを備え、複数のセパレ−タ１２の間に
電解質板をカソ−ドとアノ−ドで把持した濃縮セル４を
構成し、これをセパレ−タで電気的に直列に接続して濃
縮スタック２０を構成する。更に、濃縮スタックにガス
ケット１７を介して着脱可能に取付られた熱交換器１４
と、その反対側にガスケットを介して着脱可能に取付ら
れたリターンヘッド１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩を用い
た二酸化炭素濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化現象が世界的な問題と
なっており、ＣＯ₂ ガスの排出量低減が重要な課題とな
っている。かかるＣＯ₂ ガスの排出量低減対象の１つ
が、火力発電所排ガス等の工業的燃焼排ガスであり、低
濃度かつ大量のＣＯ₂ ガスが高温（例えば２００℃）で
排出される特徴がある。上記低濃度のＣＯ₂ ガスを濃縮
して分離回収する代表的な方法としては、（１）吸収液
にＣＯ₂ を化学反応で吸収させ、それを加熱することな
どにより、ＣＯ ₂ を分離回収する化学吸収法、（２）ゼ
オライトなどの固体吸着剤の細孔にＣＯ ₂ を物理的に吸
着させ、圧力を下げることによってＣＯ₂ を分離、回収
する物理吸着法、（３）高分子膜に対する気体の透過速
度の違いを利用してＣＯ₂ を分離、回収する膜分離（透
過）法、等が知られている。

【０００３】しかし、上記（１）の化学吸収法の場合に
は、吸収液（溶媒）側の制約で、ＣＯ₂ ガスの温度（例
えば６０℃）を低くする必要があるので、分離のために
は大きな冷却エネルギーが必要になり、かつ吸収液の使
用量が多く高価となる問題がある。また、上記（２）の
物理吸着法の場合には、ＣＯ₂ の分離に非常に大きなエ
ネルギーが必要であり、大容量化が困難である等の問題
がある。一方、上記（３）の膜分離法の場合には、膜が
非常に高価なためコストが高く、かつ膨大な面積の膜が
必要なため大容量化が困難であり、更に不純物が多い排
ガスに適した膜の開発が必要である等の問題がある。

【０００４】そこで、本願発明の出願人等は、先に低濃
度の二酸化炭素（ＣＯ₂ ）ガスを溶融塩を利用して電気
化学的に濃縮・回収する手段として、特開平１１−０３
３３４０号、及び特開平１１−１６９９６１号を創案
し、出願した。特開平１１−０３３３４０号の「二酸化
炭素濃縮法」は、図４に例示するように、電解質を浸み
込ませた多孔質物質からなる電解質板１を多孔質のカソ
ード２とアノード３の両電極で両面から挟んでなる濃縮
セル４を用い、該濃縮セル４のカソード２とアノード３
との間に電位を与えた状態として、カソード２に低濃度
の二酸化炭素と酸素を含む原料ガス５を供給し、該カソ
ード２側で、ＣＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ ＋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１を通してアノード３に移動させ、該アノード３側で
炭酸イオンを電気化学反応を行わせて、高濃度の二酸化
炭素を選択的に分離させて分離ガス６を生成し、該分離
ガス６を濃縮ガス（ＣＯ₂ ：Ｏ₂ ＝２：１）として取り
出すようになっている。

【０００５】この二酸化炭素濃縮法は、カソード２に供
給してアノード３から取り出されるガスは高温のまま処
理され、かつ炭酸ガスの吸収移動は電気化学的に行われ
ため、補助動力による大きなエネルギーを要することは
なく、また選択的に吸収されることから、排ガス中に含
まれる不純物（硫黄物、塩化物、ＮＯＸ等）を含まない
高純度の二酸化炭素を回収することができる特徴があ
る。

【０００６】また、特開平１１−１６９９６１号の「二
酸化炭素回収装置」は、図５に例示するように、低濃度
の二酸化炭素と酸素を含む原料ガスから高濃度の二酸化
炭素と酸素を選択的に分離する濃縮装置９と、分離され
た混合ガス中の酸素を二酸化炭素に転換する酸素転換装
置１０とからなる。濃縮装置９は、溶融炭酸塩を電解質
とする電解質板１とこれを両面から挟持する多孔質のカ
ソード２及びアノード３とからなる濃縮セルと、濃縮セ
ルのカソードとアノードとの間に電圧を印加する電圧印
加装置７とからなる。これにより、濃縮装置のカソード
側で、ＣＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ ＋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、アノード側で、ＣＯ₃ ^2-→ＣＯ
₂ ＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-の電気化学反応を行わせて高濃
度の二酸化炭素と酸素の混合ガスを選択的に分離させ
る。また、酸素転換装置１０は、混合ガスを酸化剤とし
て炭化水素燃料を燃焼させる燃焼器であり、燃料を燃焼
させて酸素を炭化水素と反応させて炭酸ガスに転換す
る。

【０００７】この二酸化炭素回収装置は、火力発電所等
８から排出される燃焼排ガスからＣＯ2 ガスを高濃度で
回収することができる特徴がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した溶融
炭酸塩を用いた従来の二酸化炭素濃縮手段は、以下の問
題点があった。（１）上述した電気化学反応で大量の排ガスを処理する
ためには、濃縮セル４の面積をできるだけ大きくする必
要がある。しかし、濃縮セル４を構成する電解質板１、
カソード２及びアノード３は製造上大きさの制約がある
（例えば約１ｍ２程度）。そのため、多数の濃縮セル４
を積層しかつ各セルに均等のガスを供給できるスタック
構造を創案する必要がある。（２）上記スタック構造を実現するためには、各セル間
の電気的接続が確実にでき、かつ各セル間のガスの気密
を確実に行うシール構造を創案する必要がある。（３）また上述した電気化学反応を維持するためには、
電解質板１に浸み込ませた電解質を溶融状態に保持する
必要があり、濃縮セル４を約６５０℃に加熱・保持する
必要がある。（４）更に比較的低温の排ガスを少なくとも５００〜５
５０℃まで加熱して濃縮セル４に供給する必要がある。
また、これを独立した加熱器で行うと熱損失が大きくな
るため、濃縮セル４から排出された高温（約６５０℃）
の排ガスで低温排ガスを予熱する熱交換器を併設する必
要がある。（５）上記熱交換器は、全体設備のコンパクト化のた
め、スタック構造の濃縮セルと一体化できることが必要
である。また、濃縮セル４に比較して熱交換器の寿命は
長いので、濃縮セルの性能低下に応じて容易に分離して
交換できる必要がある。

【０００９】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、濃縮
セルを多段に積層し各セルに均等に処理ガスを供給で
き、溶融炭酸塩を用いて各セル間の電気的接続とシール
が確実にできる二酸化炭素濃縮装置を提供することにあ
る。また本発明の別の目的は、濃縮セルから排出された
高温排ガスで低温排ガスを予熱でき、スタック構造の濃
縮セルと一体化でき、かつ容易に分離して交換できる熱
交換器を備えた二酸化炭素濃縮装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、導電性
の複数のセパレ−タ（１２）と、各セパレ−タの上下面
にそれぞれ収容された平板状のカソ−ド（２）およびア
ノ−ド（３）と、上下のセパレ−タ間に挟持された溶融
炭酸塩を含浸させた電解質板（１）とを備え、複数のセ
パレ−タ（１２）の間に前記電解質板をカソ−ドとアノ
−ドで把持した濃縮セル（４）を構成し、これを複数電
気的に直列に接続して濃縮スタックを構成し、濃縮スタ
ックの上下端に複数の濃縮セルに必要な電位を印加し、
かつ各カソードに二酸化炭素と酸素を含む原料ガス
（５）を供給し、該各カソードで、ＣＯ₂ ＋１／２Ｏ₂
＋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て各アノードに移動さ
せ、該アノード側で炭酸イオンを電気化学反応を行わせ
て、高濃度の二酸化炭素を選択的に分離させて分離ガス
（６）を取り出す、ことを特徴とする二酸化炭素濃縮装
置が提供される。

【００１１】本発明のこの構成により、濃縮セル（４）
を多段に積層し、導電性のセパレ−タ（１２）を介して
複数の濃縮セルに必要な電位を印加し、かつ各セルに均
等に原料ガス（５）を供給できる。従って、電気化学反
応で大量の排ガスを処理することができる。また、セパ
レータ、電解質板などの積層体で複数の濃縮セル（４）
を備えた濃縮スタックが構成されているので、部品製作
が標準化しやすく容易であり、大型の濃縮スタックを容
易に組み立てることができる。

【００１２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
セパレ−タ（１２）は、平板状のカソ−ド（２）および
アノ−ド（３）をそれぞれ収容する凹部（１２ａ，１２
ｂ）と、そのまわりで電解質板と直接接触してその間を
シールするウェットシ−ル部（１２ｃ、１２ｄ）とを有
する。この構成により、実績のある例えばＬｉ₂ＣＯ₃／
Ｋ₂ＣＯ₃又はＬｉ₂ＣＯ₃／Ｎａ₂ＣＯ₃を溶融炭酸塩とし
て用い、高温（例えば６５０℃）におけるガスシールを
確実に行うことができる。

【００１３】また、前記セパレ−タ（１２）のアノード
側には、２枚のアノードを互いに隙間（３ａ）を隔てて
収容する凹部（１２ａ）と、２枚のアノードの前記隙間
（３ａ）の一方の延長上（３ｂ）を除く４方をＣ字状に
囲むウェットシ−ル部（１２ｃ）とが設けられ、前記セ
パレ−タ（１２）のカソード側には、２枚のカソードを
互いに隙間を隔てて収容する凹部（１２ｂ）と、前記２
枚のカソードに隣接してその隙間に平行な３辺を囲むウ
ェットシ−ル部（１２ｄ）とが設けられる。

【００１４】この構成により、原料ガス（５）をカソー
ド側の一方のカソードに沿って供給し、更に反転させて
更に他方のカソードに沿って流し、それぞれで上記電気
化学反応を行わせることができる。また、アノード側で
取り出された分離ガス（６）を２枚のアノードの隙間
（３ａ）とその一方の延長上（３ｂ）を通して外部に取
り出すことができる。

【００１５】更に、前記濃縮スタックにガスケット（１
７）を介して着脱可能に取付られた熱交換器（１４）
と、その反対側にガスケットを介して着脱可能に取付ら
れたリターンヘッド（１６）とを備え、熱交換器（１
４）は、濃縮スタックから排出された高温排ガスで低温
排ガスを予熱し、リターンヘッド（１６）は、カソード
の一部を通過した排ガスをカソードの他部に戻すように
なっている。この構成により、熱交換器の濃縮スタック
との接合面を容易に機械加工でき、シール性を高めるこ
とができる。また、熱交換器と濃縮スタック及び濃縮ス
タックのリターンヘッド（１６）ヘッダーをガスケット
（１７）で挟み、ボルトで締め付けた構造であり、濃縮
スタック内の電解質である炭酸塩の飛散に伴う性能低下
に対し濃縮スタックのみの交換ができる。また、組立工
程が単純にできる。

【００１６】また、前記熱交換器（１４）及びリターン
ヘッド（１６）と濃縮スタックとをシールするガスケッ
ト（１７）は、溶融炭酸塩を含浸させた電解質板又は高
温用無機質シートである。この構成により、熱交換器
（１４）及びリターンヘッド（１６）と濃縮スタックと
の間を高温（例えば６５０℃）において確実にガスシー
ルすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明の二酸化炭素濃縮装置の全体フロー
図である。この図に示すように、本発明の二酸化炭素濃
縮装置は、後述する濃縮スタック２０と熱交換器１４を
備え、火力発電所等８から排出される燃焼排ガスからＣ
Ｏ₂ ガスを濃縮スタック２０で濃縮し、高濃度の分離ガ
ス６を濃縮ガス（ＣＯ₂：Ｏ₂＝２：１）として回収する
ようになっている。また、図１に破線の矢印で示すよう
に、濃縮スタック２０のアノード３側に水蒸気又は不活
性ガスを供給して、濃縮ガスの分離を図るようにしても
よい。なお、以下の説明では、水蒸気又は不活性ガスの
供給がない場合について説明する。

【００１８】図２は、本発明の二酸化炭素濃縮装置の全
体側面図であり、図３は、図２の二酸化炭素濃縮装置の
Ｘ−Ｘ線における断面図である。また、図３において、
（Ａ）は熱交換器１４の高温側と濃縮スタック２０のカ
ソード側を示し、（Ｂ）は熱交換器１４の低温側と濃縮
スタック２０のアノード側を示している。

【００１９】濃縮スタック２０は、導電性の複数のセパ
レ−タ１２と、各セパレ−タの上下面にそれぞれ収容さ
れた平板状のカソ−ド２およびアノ−ド３と、上下のセ
パレ−タ間に挟持された電解質板１（図示せず）からな
る。電解質板１は、セパレ−タ１２の平面寸法と同一の
可撓性のある１枚板である。電解質板１は、例えば溶融
炭酸塩Ｌｉ₂ＣＯ₃／Ｋ₂ＣＯ₃又はＬｉ₂ＣＯ₃／Ｎａ ₂Ｃ
Ｏ₃を電解質として含浸したＬｉＡｌＯ₂の粉体からな
る。電解質板１は、ホットプレス等で予め焼結させてお
くのが好ましいが、バインダーを含むグリーンテープの
状態で濃縮スタック２０に組み込み、昇温してバインダ
ーを分解・除去してもよい。前述した複数のセパレ−タ
１２の上下面にカソ−ド２およびアノ−ド３をそれぞれ
組み込み、その間に電解質板１を把持して、電解質板１
をカソ−ド２とアノ−ド３で把持した濃縮セル４を構成
し、これをセパレ−タ１２で電気的に直列に接続して濃
縮スタック２０が構成されている。

【００２０】この構成の濃縮スタック２０の上下端に複
数の濃縮セルに必要な電位を印加し、かつ各カソードに
二酸化炭素と酸素を含む原料ガス５を供給することによ
り、各カソード２で、ＣＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^- →Ｃ
Ｏ₃ ^2-の電気化学反応を行わせ、生成された炭酸イオン
を電解質板を通して各アノードに移動させ、アノード側
で炭酸イオンを電気化学反応を行わせて、高濃度の二酸
化炭素を選択的に分離させて分離ガス６を取り出すよう
になっている。

【００２１】図３に示すように、セパレ−タ１２は、平
板状のカソ−ド２およびアノ−ド３をそれぞれ収容する
凹部１２ａ，１２ｂと、そのまわりで電解質板１と直接
接触してその間をシールするウェットシ−ル部１２ｃと
を有する。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、セパレ
−タ１２のアノード側には、２枚のアノード３を互いに
隙間３ａを隔てて収容する凹部１２ａと、２枚のアノー
ドの隙間３ａの一方の延長上３ｂを除く４方をＣ字状に
囲むウェットシ−ル部１２ｃとが設けられ、分離ガス６
の外部への漏れをウェットシ−ル部１２ｃと電解質板１
とのシール（ウェットシール）でシールし、隙間３ａと
その延長上３ｂを通して、リターンヘッド１６に設けら
れたアノードヘッダー部１６ａから分離ガス排出管１６
ｂに分離ガス６を取り出す。

【００２２】また、図３（Ａ）に示すように、セパレ−
タ１２のカソード側には、２枚のカソード２を互いに隙
間を隔てて収容する凹部１２ｂと、２枚のカソードに隣
接してその隙間に平行な３辺を囲むウェットシ−ル部１
２ｄとが設けられ、原料ガス５をカソード側の一方のカ
ソード２に沿って供給し、更に反転させて更に他方のカ
ソード２に沿って流し、それぞれで上述した電気化学反
応を行わせるようになっている。

【００２３】更に、本発明の二酸化炭素濃縮装置は、濃
縮スタック２０にガスケット１７を介して着脱可能に取
付られた熱交換器１４と、その反対側にガスケット１７
を介して着脱可能に取付られたリターンヘッド１６とを
備える。図２に示すように、熱交換器１４及びリターン
ヘッド１６と濃縮スタック２０との連結は、濃縮スタッ
ク２０を間に挟んだボルト・ナットによる。

【００２４】また、このガスケット１７には、上述した
電解質板１をそのまま用いることができる。更に、電解
質板１の代わりに高温用無機質シートを用いてもよい。
なお、図２に示すように、濃縮スタック２０は、全体を
複数のボルト・ナットにより所定の圧力で締付け、各濃
縮セル４の間の電気抵抗を小さくしている。この場合、
各濃縮セル４に必要な電圧は、１５０ｍＡ／ｃｍ²の場
合でも約０．３５Ｖと低いことから、ガスケット１７の
耐圧電圧は低くてもよく、例えば耐圧電圧が１００Ｖで
あっても、２００段以上の濃縮スタック２０に適用する
ことができる。更に、図２において、１３はヒータ板で
あり、特に始動時に濃縮スタック２０を予熱して、濃縮
セル４を約６５０℃に加熱し、電解質板１に浸み込ませ
た電解質を溶融状態にするようになっている。

【００２５】図３に示すように、熱交換器１４は、この
例では、プレートフィン型の熱交換器であり、濃縮スタ
ック２０から排出された高温排ガスで低温排ガスを予熱
する。なお、この例では、熱交換器１４と濃縮スタック
２０の間にガスケット１７でシールされた垂直なマニホ
ールド１５が形成され、このマニホールド１５を介し
て、低温側を通過した原料ガス５が各カソード側に供給
されるようになっている。

【００２６】また、リターンヘッド１６は、図３（Ａ）
に示すように、カソードの一部（図で下側のカソード
２）を通過した排ガス（原料ガス５）をカソードの他部
（図で上側のカソード２）に戻すようになっている。

【００２７】上述したように、本発明の二酸化炭素濃縮
装置は、自立運転のための廃熱回収用の熱交換器１４、
濃縮スタック２０（溶融炭酸塩を用い、カソード、アノ
ード反応で炭酸ガスを取り出す）、起動用の電気ヒータ
１３なとで構成される。熱交換器１４は、好ましくは、
ろう付けタイプのプレートフィン型であり、濃縮スタッ
ク２０との接合面でのシール性向上のためろう付け後に
面を機械加工している。濃縮スタック２０は、電解質を
含んだ電解質板１を挟んでカソード２、アノード３の両
電極を置き、ガス側に給電板（多孔板）、ＣＯ₂を含ん
だガスを供給する流路を設ける。これらの濃縮セルを複
数積層し、複数積層した両端に起動初期用のヒータ１３
を設けており、それらを締め付けた構造である。積層部
材間は溶融炭酸塩でシールするいわゆるウェットシール
構造である。

【００２８】濃縮スタック２０の構造は、処理ガス流路
構成部材、給電板と処理し出てきた高濃度の炭酸ガスと
の分離の隔離板などを一体にセパレータ１２として製作
し、これにアノード２、カソード３の両電極および電解
質板１を重ねて濃縮セル４を構成している。濃縮スタッ
ク２０を所定の温度（例えば約６５０℃）に保持し、濃
縮スタック２０の両端間に所定の電位を与えることで供
給ガス中の炭酸ガスがアノード側に移動し、アノード電
極から酸素とともに出てくる。結果として炭酸ガスは濃
縮され、取り出せる。被処理ガスは炭酸ガスを除去さ
れ、低濃度の排ガスとして排出する。

【００２９】運転としては、まず、ヒータ１３で濃縮ス
タック２０を加熱し、所定の作動温度（例えば約６５０
℃）にする。供給した低温の被処理ガス（原料ガス５）
は熱交換器１４でＣＯ₂を低減した排ガスと熱交換して
加熱され、濃縮スタック２０に流入する。濃縮スタック
２０の一次側（一方のカソード側）で一部の炭酸ガスを
除かれ、反転用ヘッダー１６で反転し、濃縮スタック２
０の二次側（他方のカソード側）に流れ、ここでも炭酸
ガスを除去し、濃縮スタック２０を出た後熱交換器１４
に入り、被処理ガスを加熱する。濃縮スタックの中で
は、炭酸ガスは電解質でカソード反応を起こし、ＣＯ₃
^2-となり、電解質板の中を抜け、反対側に出る。ここで
アノード反応が起き、ＣＯ₂とＯ₂となる。結果的に反対
側は濃度の高い炭酸ガスが出てくる。装置全体の構造
は、上述したように熱交換器１４と濃縮スタック２０及
び濃縮スタック２０のガス反転部ヘッダー１６をガスケ
ット１７を挟み、ボルトで締め付けた構造である。ま
た、熱交換器１４と濃縮スタック２０及び濃縮スタック
２０のガス反転部ヘッダー１６の接合面に用いるガスケ
ットは、多少の絶縁機能を持たせる必要があるので、溶
融炭酸塩又は高温用無機質シートを用いる。

【００３０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】上述した本発明の二酸化炭素濃縮装置
は、以下の特徴を有している。１．熱交換器がプレートフィン型熱交換器であり、濃縮
スタックとの接合面が機械加工でき、シール性が良い。
更に、コンパクトで容積密度の高い熱交換器とすること
ができる。２．濃縮スタックはセパレータ、電解質板などの積層体
であり、部品製作が標準化しやすい。３．熱交換器と濃縮スタック及び濃縮スタックのガス反
転部ヘッダーをガスケットで挟み、ボルトで締め付けた
構造であり、濃縮スタック内の電解質である炭酸塩の飛
散に伴う性能低下に対し濃縮スタックのみの交換ができ
る。また、組立工程が単純にできる。４．熱交換器と濃縮スタック及び濃縮スタックのガス反
転部ヘッダーの接合面に用いるガスケットは、絶縁機能
を持たせているが完全な絶縁機能を要求しないことから
高温用無機質シートを用いることができ、従来技術を使
える。

【００３２】従って、本発明の二酸化炭素濃縮装置は、
濃縮セルを多段に積層し各セルに均等に原料ガスを供給
でき、各セル間の電気的接続とシールが確実にでき、か
つ濃縮セルから排出された高温排ガスで低温排ガスを予
熱でき、スタック構造の濃縮セルと一体化でき、かつ容
易に分離して交換できる熱交換器を備えることができ
る、等の優れた効果を有する。また、溶融炭酸塩を用い
た反応によるものであり、原料ガス中の二酸化炭素濃度
に関係なく処理できることから、燃焼排ガスなどの二酸
化炭素濃度の低い原料ガスに最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二酸化炭素濃縮装置の全体フロー図で
ある。

【図２】本発明の二酸化炭素濃縮装置の全体側面図であ
る。

【図３】図２の二酸化炭素濃縮装置のＸ−Ｘ線における
断面図である。

【図４】先行出願の「二酸化炭素濃縮法」の模式図であ
る。

【図５】先行出願の「二酸化炭素回収装置」の模式図で
ある。

【符号の説明】

１電解質板、２カソード、３アノード、３ａ隙
間、４濃縮セル、５原料ガス、６分離ガス、７
電圧印加装置、８火力発電所等、９濃縮装置、１０
酸素転換装置、１２セパレータ、１２ａ，１２ｂ
凹部、１２ｃ，１２ｄウェットシ−ル部、１３ヒー
タ板、１４熱交換器、１５マニホールド、１６リ
ターンヘッド（ガス反転部ヘッダー）、１７ガスケッ
ト

フロントページの続き (72)発明者河西英一東京都江東区豊洲３丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 4G075 AA04 BA06 BA08 BB01 BB02 BB04 BD13 CA13 DA02 DA12 EB04 EC21 FA12 FB01 FC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性の複数のセパレ−タ（１２）と、
各セパレ−タの上下面にそれぞれ収容された平板状のカ
ソ−ド（２）およびアノ−ド（３）と、上下のセパレ−
タ間に挟持された溶融炭酸塩を含浸させた電解質板
（１）とを備え、複数のセパレ−タ（１２）の間に前記
電解質板をカソ−ドとアノ−ドで把持した濃縮セル
（４）を構成し、これを複数電気的に直列に接続して濃
縮スタックを構成し、濃縮スタックの上下端に複数の濃縮セルに必要な電位を
印加し、かつ各カソードに二酸化炭素と酸素を含む原料
ガス（５）を供給し、該各カソードで、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て各アノードに移動
させ、該アノード側で炭酸イオンを電気化学反応を行わ
せて、高濃度の二酸化炭素を選択的に分離させて分離ガ
ス（６）を取り出す、ことを特徴とする二酸化炭素濃縮
装置。
【請求項２】前記セパレ−タ（１２）は、平板状のカ
ソ−ド（２）およびアノ−ド（３）をそれぞれ収容する
凹部（１２ａ，１２ｂ）と、そのまわりで電解質板と直
接接触してその間をシールするウェットシ−ル部（１２
ｃ、１２ｄ）とを有する、ことを特徴とする請求項１に
記載の二酸化炭素濃縮装置。
【請求項３】前記セパレ−タ（１２）のアノード側に
は、２枚のアノードを互いに隙間（３ａ）を隔てて収容
する凹部（１２ａ）と、２枚のアノードの前記隙間（３
ａ）の一方の延長上（３ｂ）を除く４方をＣ字状に囲む
ウェットシ−ル部（１２ｃ）とが設けられ、前記セパレ−タ（１２）のカソード側には、２枚のカソ
ードを互いに隙間を隔てて収容する凹部（１２ｂ）と、
前記２枚のカソードに隣接してその隙間に平行な３辺を
囲むウェットシ−ル部（１２ｄ）とが設けられる、こと
を特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素濃縮装置。
【請求項４】更に、前記濃縮スタックにガスケット
（１７）を介して着脱可能に取付られた熱交換器（１
４）と、その反対側にガスケットを介して着脱可能に取
付られたリターンヘッド（１６）とを備え、熱交換器
（１４）は、濃縮スタックから排出された高温排ガスで
低温排ガスを予熱し、リターンヘッド（１６）は、カソ
ードの一部を通過した排ガスをカソードの他部に戻すよ
うになっている、ことを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の二酸化炭素濃縮装置。
【請求項５】前記熱交換器（１４）及びリターンヘッ
ド（１６）と濃縮スタックとをシールするガスケット
（１７）は、溶融炭酸塩を含浸させた電解質板又は高温
用無機質シートである、ことを特徴とする請求項４に記
載の二酸化炭素濃縮装置。