CN107771099A - 含二氧化碳气体回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供一种低成本并且提高了含二氧化碳气体的回收效率的含二氧化碳气体回收装置。本发明的解决方案是一种含二氧化碳气体回收装置(10)的泵壳体(11)，形成由隔壁(20a)分隔的第1室(23)和第2室(26)，第1室与第2室通过第3室(20)连通。第1室与水的供给口以及含二氧化碳气体的气体导入口连通。当将含二氧化碳气体吹入充满于第1室的水中时，含二氧化碳气体溶入水中，并且未完全溶入的该气体作为气泡A存在于水中。当第3室(20)内相对地配置于双轴(41a、41b)的一对六叶转子(40、40)将气泡A压缩、微细化成气泡B时，通过压缩作用，能够使含二氧化碳气体进一步溶于水，生成的含二氧化碳气体水溶液从与第2室连通的排出口排除。

Description

含二氧化碳气体回收装置

技术领域

本发明涉及一种含二氧化碳气体回收装置。

背景技术

一直以来，含二氧化碳气体作为具有会引起地球变暖的温室效应的气体被人熟知。使该含二氧化碳气体大量产生的大规模产生源是例如火力发电厂、炼铁厂、垃圾焚化厂这样的场所。为了回收该大规模产生源所产生的含二氧化碳气体，已公开了各种含二氧化碳气体的回收装置。

在日本特许第4231735号公报中公开的二氧化碳的分离回收装置，使用化学吸收液从高炉气体中吸收含二氧化碳气体，并利用来自炼铁厂的废热对该化学吸收液进行加热，从而将含二氧化碳气体分离。

另外，在日本特许第4385424号公报中公开的二氧化碳浓缩装置，使用浓缩电池，该浓缩电池是用多孔质体制的阴极与阳极从两面夹持已渗入有电解质的多孔质物质制电解质板而形成的，对阴极与阳极之间施加电位，通过电化学反应，由供给至阴极的原料气体生成碳酸根离子，使该碳酸根离子在阳极进行电化学反应，从而有选择性地使二氧化碳分离。由该二氧化碳与作为稀释用气体的水蒸气或氮组成的混合气体被取出至浓缩电池外，分离除去水蒸气或氮，由此，回收含二氧化碳气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4231735号公报；

专利文献2：日本特许第4385424号公报。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，上述装置需要化学吸收液的循环通路、吸收废热的加热装置或浓缩电池、电位施加装置等设备，它们都需要很大的设备成本。

对此，本发明人以前着眼于含二氧化碳气体溶入水，发明了低成本的含二氧化碳气体回收装置，该回收装置对含二氧化碳气体与水进行搅拌，从而回收含二氧化碳气体。

但是，以前发明的含二氧化碳气体回收装置是在箱体内单纯地对溶入含二氧化碳气体的水进行搅拌从而使含二氧化碳气体进一步溶解的装置，含二氧化碳气体的回收效率比设想的回收效率低。

因此，本发明要解決的课题是，提供一种低成本并且使含二氧化碳气体的回收效率提高的含二氧化碳气体回收装置。

解决课题的技术方案

本发明的第一技术方案是一种含二氧化碳气体回收装置，其是使含二氧化碳气体溶入水中并进行回收的含二氧化碳气体回收装置，其特征在于，

具有泵壳体、以及旋转混合部，

前述泵壳体具有设有水的供给口和含二氧化碳气体的导入口的第1室、设有水的排出口的第2室、和连通第1室与第2室的第3室，

前述旋转混合部由一对复叶转子和驱动该转子的电动机构成，该旋转混合部设置于第3室；

并且，设置成从供给口将水供给至第1室，并且从导入口将含二氧化碳气体供给至第1室，并使含二氧化碳气体溶入水中，通过旋转混合部将溶入含二氧化碳气体的水从第1室压送至第3室，由排出口排出。

本发明的第二技术方案是一种含二氧化碳气体回收装置，其特征在于，在第一技术方案所述的发明中，前述复叶转子是六叶转子，前述旋转混合部是将该六叶转子以双轴平行的方式配置而成的双轴六叶式泵。

通过本发明的含二氧化碳气体回收装置，第1室中因溶入水中的含二氧化碳气体而产生的气泡，在通过设置于第3室的旋转混合部而被压送至第2室时，伴随着由一个复叶转子的突出部与另一个复叶转子的突出部围成的空间的容积的减小，该气泡被加压压缩从而微细化。因此，能够高效地使含二氧化碳气体溶入水中，从而使含二氧化碳气体的回收效率提高。特别是将六叶转子以双轴平行的方式配置而成的双轴六叶式泵的情况下，能够使含二氧化碳气体的回收效率提高。

而且，根据本发明的含二氧化碳气体回收装置，该装置具有简单的结构，即，将泵壳体分隔而形成三个室并将旋转混合部收纳于第3室。由此，能够容易地将装置小型化，与以往的二氧化碳回收装置相比，能够显著降低设备成本。

附图说明

图1是表示第一实施例的含二氧化碳气体回收装置的构成概略的正视图。

图2是表示第一实施例的含二氧化碳气体回收装置的双轴六叶式泵的内部结构的构成概略的内部结构正视图。

图3是表示第一实施例的含二氧化碳气体回收装置的双轴六叶式泵的内部结构的构成概略的内部结构侧视图。

图4是表示对于第一实施例的含二氧化碳气体回收装置验证含二氧化碳气体的回收效率的实验装置的构成概略的说明图。

图5是表示针对第一实施例的含二氧化碳气体回收装置的含二氧化碳气体的回收效率实验的实验结果的一览表。

具体实施方式

本发明的含二氧化碳气体回收装置，设置于含二氧化碳气体的大规模产生源即例如火力发电厂、炼铁厂、垃圾焚化厂等的含二氧化碳气体的排出口附近，对使含二氧化碳气体溶入水而成的含二氧化碳气体水溶液进行回收，从而实现含二氧化碳气体的回收。

为了说明用于实施本发明的方案，下面附加图1～图5，并且根据该附图示出实施例。

图1是表示该实施例的含二氧化碳气体回收装置10的构成概略的正视图。图2是为了说明该含二氧化碳气体回收装置10的内部结构而表示该内部结构的构成概略的内部结构正视图。在该附图中，省略了在图1中载置于泵壳体上的电动机。图3是为了对图2中记载的含二氧化碳气体回收装置10的内部结构进行补充说明而表示该内部结构的构成概略的内部结构侧视图。

进一步地，本实施例中，进行了验证含二氧化碳气体的回收效率的实验。该实验中，使用碳酸气瓶替代含二氧化碳气体的大规模产生源，为了易于把握规定水量，由水槽供给水。在图4中示出了表示该实验的实验装置及实验环境的概略的说明图，将该实验的结果示于图5。

实施例1

根据附图，对本发明的含二氧化碳气体回收装置的实施例进行说明。本实施例中，所谓含二氧化碳气体，是指从大规模产生源排出的排出气体中至少含有二氧化碳气体的气体，使该含二氧化碳气体溶入水而成的水溶液称作含二氧化碳气体水溶液。

如图1所示，含二氧化碳气体回收装置10由泵壳体11、电动机12、连结该电动机12与泵壳体11的传动带13、以及载置有泵壳体11及电动机12的基台14组成。

如图2所示，泵壳体11的内部，分隔形成夹着隔壁20a相对的第1室23及第2室26。在第1室23与第2室26的连通部形成有第3室20。

由此，泵壳体11形成为：由于隔壁20a，第1室23的水与第2室26的水不会混合，进一步地，为了将水从第1室23送至第2室26，必须经由第3室20。

第1室23设置有水的供给口15a以及导入含二氧化碳气体的气体导入口24。

如图1所示，凸缘金属件16的凸缘以能连接的方式相对地配置于供给口15a的凸缘。向泵壳体11供给水的水供给管17与该凸缘金属件16连接。

如图3所示，气体导入口24连接有气体导入管30。气体导入管30具有开关阀31。通过打开该开关阀31，含二氧化碳气体导入第1室23。

当从供给口15a供给水，使水充满第1室23内，并从气体导入管30将含二氧化碳气体吹入该水时，能够使含二氧化碳气体溶入在第1室23内的水中，剩余的含二氧化碳气体如图2所示地作为气泡A存在于水中。

第1室23的下端形成有能将第1室23内的水排出的排水孔25。通过该排水孔，在进行维护等时，能够容易地将储存于第1室23内的水排出。

在第2室26，设置有水的排出口15b以及起动注水(priming water)供给口27。

如图1所示，凸缘金属件18的凸缘以能连接的方式相对地配置于排出口15b的凸缘。向泵壳体11外排水的水排出管19与该凸缘金属件18连接。

如图3所示，起动注水给水管32的一端与起动注水给水口27连接。起动注水给水阀33与起动注水给水管32的另一端嵌合。当启动含二氧化碳气体回收装置10时，从起动注水给水管32向泵壳体11内提供起动注水，使起动注水滞留于泵壳体11内，以使至少第3室20内被水充满。由此，能够防止后述六叶转子40、40的空转。

第2室26的下端形成有能将排水室23内的水排出的排水孔28。通过该排水孔，在进行维护等时，能够容易地将储存于泵壳体11内的排水室23内的水排出。

在第3室20，如图2所示地收纳有以双轴平行的方式配置的一对六叶转子40、40。另外，该第3室20具有连通第1室24的吸入口21、以及连通第2室26的吐出口22。

六叶转子40、40分别具有转子轴41a、41b。六叶转子40、40分别以转子轴41a、41为中心，放射状地形成有6个突出部。当使六叶转子40、40相互地向相反的方向旋转时，在吸入口21侧，形成由一个六叶转子的相邻的突出部、与另一个六叶转子的突出部的三边围成的空间。

该空间的容积伴随着六叶转子40、40的旋转而缩小，吸入该空间的水被加压，并且气体被压缩。进而，当六叶转子40、40旋转时，所形成的空间在吐出侧复原，水被减压，并且气体被复原，从吐出口22向第3室20外吐出。如此地，通过六叶转子40、40相互地向相反的方向旋转，一边反复进行加压及减压，一边将水及含二氧化碳气体从吸入口21侧向吐出口22侧送出。

转子轴41a如图3所示地由配置于第3室20的背面外侧的轴承单元42转动自由地支撑。另一方面，转子轴41b如图3所示地由配置于第3室20的正面外侧的轴承单元43转动自由地支撑。轴承单元42、43分别收纳于齿轮箱44、45。

另外，在轴封部与轴承单元42、43之间设置有用于遮蔽第3室20的内外部的机械密封50、50，轴封部使转子轴41a、41b贯通第3室20。由此，能够对第3室20进行密封。

转子轴41b以贯通第3室20的方式形成，一端位于齿轮箱44，另一端从齿轮箱45突出，并在该另一端侧形成有滑轮芯46a。滑轮46如图1所示地安装于滑轮芯46a(图3中省略滑轮46及传动带13)。传动带13卷装于滑轮46。利用规定的张力将该传动带13向电动机12的驱动辊12a与滑轮46架设，由此，能够将电动机12的驱动力经过滑轮46向转子轴41b传导。

另外，在转子轴41b的一端，在齿轮箱44内固定有定时齿轮47。

该定时齿轮47如图3所示地与定时齿轮48啮合。由于定时齿轮48固定于转子轴41a，因此，能够将电动机12的驱动力从定时齿轮47经过定时齿轮48传导至转子轴41a。

由定时齿轮47、48组成的定时齿轮单元被齿轮罩49覆盖。形成为通过定时齿轮单元的动作，转子轴41a向正方向旋转而转子轴41b向反方向旋转。即，转子轴41a、41b形成为相互向相反的方向相对地旋转。由此，在第3室20内，一对六叶转子40、40相互向相反的方向相对地旋转，能够将第3室20内的液体从吸入口21向吐出口22压送。

需要说明的是，本实施例中，虽然使用了具有以双轴平行的方式配置的六叶转子40、40的双轴六叶式泵，但并不限于此。即，只要是能将由吸入口吸入至第3室20内的水与气泡一同压缩并使含二氧化碳气体与水混合的混合机即可，例如，除本实施例中列举的双轴六叶式泵以外，还可以是旋转混合机，该旋转混合机是如二叶泵或三叶泵那样的、通过具有至少二叶以上的复叶转子的旋转运动从而能将水与气泡吸入至第3室20内并且压缩的旋转混合机，前述二叶泵以双轴平行的方式成对地具备从轴相对地突出一对突出部的二叶转子，前述三叶泵以双轴平行的方式成对地具备从轴放射状地突出三个突出部的三叶转子。

需要说明的是，在本实施例中，使用双轴六叶式泵的理由是因为：在六叶转子40、40的情况下，由转子的每次旋转所带来的对水与含二氧化碳气体的加压压缩的次数多，能够提高含二氧化碳气体的回收效率。

具有上述构成的含二氧化碳气体回收装置10，如以下说明所述地动作。

图1中所示的箭头表示向含二氧化碳气体回收装置10供给、并排出的水的流动。按照该箭头的方向，从水供给管17介由给水口15a向泵壳体11内供水时，当从气体导入口24向由被供给的水充满的第1室23内吹入含二氧化碳气体时，含二氧化碳气体溶入水，并且未溶的剩余的含二氧化碳气体如图2所示地在水中作为气泡A大量存在。

而且，如图2所示地，含有大量的气泡A的水通过六叶转子40、40的旋转从吸入口21被吸入第3室20内。此时，吸入至由一个六叶转子40的相邻的突出部与另一个六叶转子的突出部的三边围成的空间的水与气泡A，被相对地配置的一对六叶转子40、40压缩。当气泡A压缩时，气泡A微细化成气泡B。

当气泡A微细化成气泡B时，含二氧化碳气体通过六叶转子40、40的压缩作用而进一步地溶入水。

另一方面，如图2所示，对于第2室具有的未溶的气泡B，由于微细化后的气泡B中所含的含二氧化碳气体比气泡A中所含的含二氧化碳气体的容积更小，因此，即使在气泡B由排出口15b排出、导致含二氧化碳气体放出至大气中的情况下，也能够比气泡A直接从排出口15b排出的情况减少含二氧化碳气体的排出量。

而且，含二氧化碳气体水溶液如图2所示地从吐出口22向第3室20外吐出，并通过第2室26，从排出口15b向图1所示的水排出管19排出。

由此，与消耗化学吸收液或更多电力的现有方法相比，含二氧化碳气体回收装置10通过将含二氧化碳气体溶入水，能够减轻环境负担，实现节能。

下面，进行了本实施例的含二氧化碳气体回收装置10的回收效率的验证实验，因此，根据附图进行说明。

验证实验在图4所示的实验环境下进行。含二氧化碳气体回收装置10的水供给管17连接有水槽100与水流量计101。由此，能够易于把握供给的水的流量。气体导入口24连接有碳酸气瓶102与空气流量计104，以代替连接含二氧化碳气体的产生源。碳酸气瓶102具有碳酸气体调节阀103，空气流量计104具有流入空气调节阀105。通过对碳酸气体调节阀103与流入空气调节阀105进行调节，能够调节空气与碳酸气体的混合比率，从而形成使二氧化碳气体的浓度加以改变的混合气体，因此，能够容易地对实验进行分类。

其中，假定由火力发电厂等大规模产生源排出的含二氧化碳气体中的二氧化碳气体的浓度为20％～30％，与此相匹配地进行实验，其他的实验条件如下。

双轴六叶式泵的吸入口21、吐出口22的口径：50mm；

六叶转子40、40的旋转速度：1700rpm；

电动机12的额定输出：1.5kW；

注入的水的水温：20℃；

外部气温：25℃；

注入的水及储存于泵壳体11内的原水内的溶解二氧化碳气体量：18.2mg/L；

二氧化碳气体密度：1.81g/L(25℃)；

二氧化碳气体溶解量测定器：株式会社东兴化学研究所Ti-9004。

进行的实验为以下三例。将该实验的实验结果示于图5。

1)实验A

注入二氧化碳气体量：10L/min；

注入空气量：90L/min；

注入水量：120L/min；

二氧化碳气体浓度：10％；

电动机12的输出：1.2kW。

2)实验B

注入二氧化碳气体量：20L/min；

注入空气量：80L/min；

注入水量：130L/min；

二氧化碳气体浓度：20％；

电动机12的输出：1.2kW。

3)实验C

注入二氧化碳气体量：30L/min；

注入空气量：70L/min；

注入水量：190L/min；

二氧化碳气体浓度：30％；

电动机12的输出：1.6kW。

对实验结果而言，在实验A中，水中的二氧化碳的测定值为81.2mg/L、注入水内的二氧化碳量为131.0g/h、注入空气内的二氧化碳量为1086.0g/h、溶入水中的二氧化碳的测定值为584.6g/h，本实施例的含二氧化碳气体回收装置10所回收的二氧化碳量为453.6g/h。其中未能回收而放出至大气中的二氧化碳量为763.4g/h，因此，利用含二氧化碳气体回收装置10的二氧化碳气体的回收效率为37.3％。

除此以外，为了生成因电动机12的输出而消耗的电力而排出的二氧化碳的排出量视为596.4g/h，因此，实验A中的二氧化碳的总回收量为-142.8g/h。

接着，在实验B中，水中的二氧化碳的测定值为147.2mg/L、注入水内的二氧化碳量为142.0g/h、注入空气内的二氧化碳量为2172.0g/h、溶入水中的二氧化碳的测定值为1148.2g/h，本实施例的含二氧化碳气体回收装置10所回收的二氧化碳量为1006.2g/h。其中未能回收而放出至大气中的二氧化碳量为1307.8g/h，因此，利用含二氧化碳气体回收装置10的二氧化碳气体的回收效率为43.5％。

除此以外，为了生成因电动机12的输出而消耗的电力而排出的二氧化碳的排出量视为596.4g/h，因此，实验A中的二氧化碳的总回收量为409.8g/h。

然后，在实验C中，水中的二氧化碳的测定值为149.7mg/L、注入水内的二氧化碳量为207.5g/h、注入空气内的二氧化碳量为3258.0g/h、溶入水中的二氧化碳的测定值为1706.6g/h，本实施例的含二氧化碳气体回收装置10所回收的二氧化碳量为1499.1g/h。其中未能回收而放出至大气中的二氧化碳量为1966.4g/h，因此，利用含二氧化碳气体回收装置10的二氧化碳气体的回收效率为43.3％。

除此以外，为了生成因电动机12的输出而消耗的电力而排出的二氧化碳的排出量视为795.2g/h，因此，实验A中的二氧化碳的总回收量为703.9g/h。

在此，使用实验C来说明图5所示的各实验A～C中的参数的计算方法。

对于注入水内的二氧化碳的量而言，由于原水中含有18.2mg/L的二氧化碳，并且以每分钟190L的比例注入了水，因此，注入水内二氧化碳量＝18.2[mg/L]×190[L/min]×60÷1000＝207.5[g/h]。

接着，对于从气体导入口24导入泵壳体11内的空气内的二氧化碳的量而言，由于以每分钟30L的比例注入，并且实验环境下的二氧化碳的密度为1.81g/L，因此，注入空气内二氧化碳量＝30[L/min]×1.81[g/L]×60＝3258[g/h]。

因此，实验C中的总二氧化碳注入量为原来的水中所含的207.5g/h与注入的3258g/h的总和，为3465.5g/h。

另一方面，由于水中的二氧化碳的测定值为149.7mg/L，而且以每分钟190L的比例注水，因此，在进行了实验1个小时时，溶入水中的二氧化碳量的总测定值：

溶解二氧化碳测定值＝149.7[mg/L]×190[L/min]÷1000×60＝1706.6[g/h]。

基于此，本实施例的含二氧化碳气体回收装置10在水中溶入的二氧化碳的量是从溶解二氧化碳测定值减去原来存在于注入水内的二氧化碳量207.5g/h而得到的量，即溶解二氧化碳量＝1706.6[g/h]-207.5[g/h]＝1499.1[g/h]。

由上所述，未能回收而放出至大气的二氧化碳的量是从总二氧化碳注入量减去上述的溶解二氧化碳量而得到的量，因此，放出二氧化碳量＝3465.5[g/h]-1499.1[g/h]＝1966.4[g/h]。

由此，对于本实施例的含二氧化碳气体回收装置10的二氧化碳回收率而言，根据溶解的二氧化碳量与总二氧化碳注入量，二氧化碳回收率＝1499.1[g/h]÷3465.5[g/h]×100＝43.3[％]。

另外，在实验C中，电动机12的输出为1.6kW。对于为了生成由电动机12消耗的电力而排出的二氧化碳的实际排出系数而言，在本发明人所进行的实验的区域、时间，为497gCO₂/kWh。根据此，被视为是电动机12的排出的二氧化碳的排出量为：电动机12的二氧化碳排出量＝1.6[kW]×497[g CO₂/kWh]＝795.2[g/h]。

而且，通过本实施例的含二氧化碳气体回收装置10而回收的二氧化碳的量为1499.1g/h，因此，实验C的二氧化碳的总回收量为：二氧化碳总回收量＝1499.1[g/h]-795.2[g/h]＝703.9[g/h]。

因此，不仅图4所示的实验环境，如果考虑到为了生成使电动机12动作的电力而排出的二氧化碳，能够回收总计为703.9[g/h]的二氧化碳。

由上所述，对于将二氧化碳气体的浓度设为20％的实验B、以及将该浓度设为30％的实验C而言，如图5所示，分别能够确认二氧化碳气体的回收率约为43％。该浓度与由发电厂、炼铁厂、垃圾分化厂这样的大规模产生源排出的含二氧化碳气体中的二氧化碳气体的浓度大致相同，因此，推测出在应用于大规模产生源的情况下，也能够得到相同的含二氧化碳气体的回收率。

通过本实施例的含二氧化碳气体回收装置10，利用二氧化碳气体易溶于水的性质，通过将由火力发电厂、炼铁厂、垃圾焚烧炉等二氧化碳的大规模产生源排出的含二氧化碳气体吹入水中从而使其溶入，进而利用六叶转子40、40将未溶的含二氧化碳气体的气泡压缩、微细化，通过压缩作用，使含二氧化碳气体溶入水中。

由此，相比于单纯地进行搅拌混合，能够使更多的含二氧化碳气体溶解在水中，从而生成含二氧化碳气体水溶液，提高含二氧化碳气体的回收效率。

附图标记的说明

10含二氧化碳气体回收装置、11泵壳体、12电动机、12a驱动辊、13传动带、14基台、15a供给口、15b排出口、16，18凸缘金属件、17水供给管、19水排出管、20第3室、20a隔壁、21吸入口、22吐出口、23第1室、24气体导入口、25，28排水孔、26第2室、27起动注水给水口、30气体导入管、31开关阀、32起动注水给水管、33起动注水给水阀、40六叶转子、41a，41b转子轴、42背面侧轴承单元、43正面侧轴承单元、44背面侧齿轮箱、45正面侧齿轮箱、46滑轮、46a滑轮芯、47转子轴41b侧定时齿轮、48转子轴41a侧定时齿轮、49齿轮罩、50机械密封、100水槽、101水流量计、102碳酸气瓶、103碳酸气体调节阀、104空气流量计、105流入空气调节阀。

Claims (2)

1.一种含二氧化碳气体回收装置，其是使含二氧化碳气体溶入水中并进行回收的含二氧化碳气体回收装置，其特征在于，

具有泵壳体、以及旋转混合部，

前述泵壳体具有设有水的供给口和含二氧化碳气体的导入口的第1室、设有水的排出口的第2室、和连通第1室与第2室的第3室，

前述旋转混合部由一对复叶转子和驱动该转子的电动机构成，该旋转混合部设置于第3室；

并且，设置成从供给口将水供给至第1室，并且从导入口将含二氧化碳气体供给至第1室，并使含二氧化碳气体溶入水中，通过旋转混合部将溶入含二氧化碳气体的水从第1室压送至第3室，由排出口排出。

2.如权利要求1所述的含二氧化碳气体回收装置，其特征在于，前述复叶转子是六叶转子，前述旋转混合部是将该六叶转子以双轴平行的方式配置而成的双轴六叶式泵。