JP2006150232A - 二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電用ボイラのスチームを用いずに吸収液を再生することができ、単に二酸化炭素を回収するのではなく、二酸化炭素を有用な物質の生成に利用して固定することができる二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定固定方法を提供すること目的とする。
【解決手段】吸収塔１６から排出される吸収液２０を、貯留槽１８を介して吸収塔１６に還流させ、排ガス１９と吸収液２０とを気液接触させて、吸収液２０の水素イオン指数が所定の値となった場合に、吸収液２０にアルカリ水３０を混入して、炭酸塩水２７を生成する。そして、炭酸塩水２７に水酸化カルシウム水２８を混入し、炭酸カルシウム２９を析出させる。これによって、単に二酸化炭素を回収するのではなく、二酸化炭素を有用な炭酸カルシウムの生成に利用して固定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収し、固定する二酸化炭素固定システムに係り、特に、アルカリ溶液によって二酸化炭素を回収することができる二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定方法に関する。

近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の達成目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することである。

このような背景の中、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素の吸収液として、例えば、アルカリ物質である炭酸カリウムの水溶液を用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

吸収液として炭酸カリウム水溶液を用い、二酸化炭素を回収する従来の二酸化炭素回収システム３００を図３に示す。

図３に示された従来の二酸化炭素回収システム３００では、化石燃料を燃焼して排出された排ガス３０１は、ガスブロワ３０２によって吸収塔３０３に導かれる。吸収塔３０３の上部には、吸収液３０４が供給され、この供給された吸収液３０４は、導入された排ガス３０１と接触して、排ガス３０１中の二酸化炭素を吸収する。

二酸化炭素を吸収した吸収液３０４は、吸収塔３０３の下部から抜出しポンプ３０５によって熱交換器３０６を通過して、再生塔３０７に導かれる。一方、吸収液３０４に二酸化炭素を吸収された残りの排ガス３０１は、吸収塔３０３の上部から大気へ放出される。

再生塔３０７に導かれた吸収液３０４は、加熱器３０８のスチーム３０９によって加熱され、吸収した二酸化炭素を放散し、再び二酸化炭素を吸収できる吸収液３０４が再生される。再生された吸収液３０４は循環ポンプ３１０により、熱交換器３０６およびクーラ３１１を介して吸収塔３０３の上部へ戻される。一方、吸収液３０４から放散された二酸化炭素は、クーラ３１２を介して分離器３１３に導かれ、分離器３１３よって水分が取り除かれた後に回収される。

このように構成された従来の二酸化炭素回収システム３００では、再生塔３０７において発電用ボイラのスチーム３０９を用いて、吸収液３０４を瞬時に１２０℃程度まで加熱して、二酸化炭素を吸収できる吸収液３０４を再生し、この再生した吸収液３０４を吸収塔３０３に戻していた。
特開平４−３４６８１６号公報

上述した従来の二酸化炭素回収システムにおいては、再生塔で吸収液を瞬時に所定温度まで加熱するために、発電用ボイラのスチームからの熱量を多量に使用するので、システムとしての熱効率の向上が図れないという問題があった。また、回収した多量の二酸化炭素の固定方法について検討の余地があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発電用ボイラのスチームを用いずに吸収液を再生することができ、単に二酸化炭素を回収するのではなく、二酸化炭素を有用な物質の生成に利用して固定することができる二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定固定方法を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の二酸化炭素固定システムは、排ガス導入口、吸収液導入口、残り排ガス排出口および吸収液排出口を備え、排ガス導入口から導入された排ガスと吸収液とを気液接触させて該吸収液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収装置と、前記二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収液導入口に還流させる吸収液還流ラインと、前記吸収液還流ライン内に介挿され、または前記吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する貯留槽と、前記二酸化炭素を吸収した吸収液とアルカリ溶液とを混合して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩生成槽と、前記炭酸塩生成槽で生成された炭酸塩溶液の一部と水酸化カルシウム溶液とを混合して、炭酸カルシウムを析出させ、かつ前記アルカリ溶液を生成する炭酸カルシウム析出槽とを具備することを特徴とする。

本発明の二酸化炭素固定方法は、二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を、第１の貯留槽を介して前記二酸化炭素吸収装置の吸収液導入口に還流させ、排ガスと前記吸収液とを気液接触させて、前記吸収液に排ガス中の二酸化炭素を繰り返し吸収させる第１の吸収工程と、前記第１の吸収工程における前記吸収液の水素イオン指数が所定の値となった場合に、前記吸収液の第１の還流ラインを切り替え、前記所定の水素イオン指数となった吸収液を炭酸塩生成槽に導き、前記吸収液にアルカリ溶液を混入して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩溶液生成工程と、前記炭酸塩溶液生成工程で生成された炭酸塩溶液を炭酸カルシウム析出槽に導き、水酸化カルシウム水を混入し、炭酸カルシウムを析出させ、かつアルカリ溶液を生成させる炭酸カルシウム析出工程とを具備することを特徴とする。

上記した二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定方法によれば、吸収液を用いて二酸化炭素を吸収し、二酸化炭素を吸収した吸収液とアルカリ溶液とを混合して、炭酸塩溶液を生成することができる。ここで、吸収液は、炭酸塩溶液で構成されるので、吸収液が再生されることになる。また、炭酸塩溶液と水酸化カルシウム溶液とを混合して、炭酸カルシウムを析出させることができる。これによって、単に二酸化炭素を回収するのではなく、二酸化炭素を有用な炭酸カルシウムの生成に利用して固定することができる。

また、本発明の二酸化炭素固定システムは、排ガス導入口、吸収液導入口、残り排ガス排出口および吸収液排出口を備え、排ガス導入口から導入された排ガスと吸収液とを気液接触させて該吸収液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収装置と、前記二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収液導入口に還流させる第１の吸収液還流ラインと、前記第１の吸収液還流ライン内に介挿され、または前記第１の吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する第１の貯留槽と、二酸化炭素吸収液導入口、再生吸収液排出口、炭酸塩溶液排出口およびアルカリ溶液導入口を備え、前記二酸化炭素吸収液導入口から導入された二酸化炭素を吸収した吸収液と、前記アルカリ溶液導入口から導入されたアルカリ溶液とを混合して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩生成槽と、前記炭酸塩生成槽の再生吸収液排出口から排出される炭酸塩溶液の一部を前記吸収液導入口に還流させる第２の吸収液還流ラインと、前記第２の吸収液還流ライン内に介挿され、または前記第２の吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する第２の貯留槽と、前記炭酸塩溶液排出口から排出された炭酸塩溶液の残部と酸化カルシウム溶液とを混合して、炭酸カルシウムを析出させ、かつ前記アルカリ溶液を生成する炭酸カルシウム析出槽とを具備することを特徴とする。

この二酸化炭素固定システムによれば、複数の貯留槽を設置し、第１の吸収液還流ラインおよび第２の吸収液還流ラインを備えることで、二酸化炭素吸収装置における排ガス中の二酸化炭素の吸収と、炭酸塩生成槽における炭酸塩溶液の生成を同時に行うことができ、さらに、炭酸カルシウム析出槽における炭酸カルシウムの析出も同時に行うことができる。

本発明の二酸化炭素固定システムおよび二酸化炭素固定固定方法によれば、発電用ボイラのスチームを用いずに吸収液を再生することができ、単に二酸化炭素を回収するのではなく、二酸化炭素を有用な物質の生成に利用して固定することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の概要を示したものである。

本発明の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０は、二酸化炭素吸収装置１１、炭酸カルシウム製造装置１２および制御部１３から構成されている。なお、図１において、制御部１３は、後述する各ポンプ、各バルブ、各センサと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線を省略する。

二酸化炭素吸収装置１１は、主として、ガス熱回収器１４、ガスブロワ１５、吸収塔１６、水蒸気凝集器１７、貯留槽１８から構成され、炭酸カルシウム製造装置１２は、主として、炭酸塩生成槽２４、析出槽２５及び溶解槽２６から構成されている。

まず、二酸化炭素吸収装置１１の構成について説明する。

吸収塔１６の下部には、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出された二酸化炭素を含む排ガス１９を吸収塔１６内に導くための排ガス導入口１６ａが設けられている。排ガス導入口１６ａには、吸収塔１６内に排ガス１９を送気するためのガスブロワ１５が連結している。ガスブロワ１５には、排ガス１９の熱を吸収して温度を調整するためのガス熱回収器１４が連結している。

吸収塔１６の内部には、気液接触用の充填材１６ｂが設置されている。この充填材１６ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、充填材１６ｂを通過する吸収液２０をかく乱する作用を有するものであればよい。また、充填材１６ｂにおいて、排ガス１９と吸収液２０との気液接触を効率よく行える構造ならば、充填材１６ｂを設置することなく構成してもよい。

吸収塔１６の上部には、二酸化炭素が吸収された残りの排ガス１９を排気するための残り排ガス排出口１６ｃが設けられている。また、吸収塔１６の上部には、吸収液２０を導き入れるための吸収液導入口１６ｄが設置されている。残り排ガス排出口１６ｃには、水蒸気を凝集させて吸収塔１６の内部に戻すための水蒸気凝集器１７が設置されている。

吸収塔１６の底部には、吸収塔１６内に導入された吸収液２０を抜き出すための吸収液排出口１６ｅが設けられている。吸収液排出口１６ｅは、還流ライン２１を介して貯留槽１８と接続されている。また、吸収塔１６の側面部には、吸収塔１６の内部を一定温度に保つための保温ジャケット１６ｆが設置されている。

貯留槽１８には、還流ライン２１以外に、還流ライン２２、２３の一端が接続されている。貯留槽１８の内には、吸収液２０の水素イオン指数を測定するためのセンサ１８ａが設置されている。ここで、吸収液２０の水素イオン指数を測定するためのセンサ１８ａには、例えば、ガラス電極などのセンサが使用される。センサ１８ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３に、検知した水素イオン指数に基づく検知信号を出力する。貯留槽１８の表面部には、貯留槽１８の内部を一定温度に保つための保温ジャケット１８ｂが設置されている。

還流ライン２２の他端部は、分岐ライン２２ａおよび分岐ライン２２ｂの２つに分岐されている。分岐ライン２２ａは、吸収塔１６の吸収液導入口１６ｄに接続され、分岐ライン２２ｂは、炭酸塩生成槽２４に接続されている。また、還流ライン２２には、送液ポンプ２２ｃおよび切替バルブ２２ｄが備えられており、送液ポンプ２２ｃは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、貯留槽１８から吸収塔１６の吸収液導入口１６ｄまたは炭酸塩生成槽２４に供給する吸収液２０の流量を調整する。切替バルブ２２ｄは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、吸収液２０を吸収塔１６の吸収液導入口１６ｄまたは炭酸塩生成槽２４のいずれに供給するかを切替える。

還流ライン２３の他端は、炭酸塩生成槽２４に接続されている。また、還流ライン２３には、送液ポンプ２３ａが備えられており、送液ポンプ２３ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、炭酸塩生成槽２４から貯留槽１８に供給する吸収液２０の流量を調整する。

次に、炭酸カルシウム製造装置１２の構成について説明する。

析出槽２５の上部には、炭酸塩水２７を導入するための炭酸塩水導入口２５ａおよび水酸化カルシウム水２８を導入するためのカルシウム水導入口２５ｂが設置されている。ここで、炭酸塩水２７は、例えば重量濃度３〜２２％の炭酸ナトリウム水、炭酸カリウム水、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの混合水などが使用される。重量濃度がこの範囲より低い場合、炭酸塩水２７を貯留槽１８に戻して吸収液２０として用いる際、単位体積当りの吸収液２０が十分な量の二酸化炭素を吸収しない。また、重量濃度がこの範囲より高い場合、二酸化炭素を吸収した吸収液２０が冷えた際に固化して吸収塔１６を閉塞することが懸念される。

析出槽２５の内部には、微粉状の炭酸カルシウム２９を捕集するためのフィルタ２５ｃ、およびアルカリ水３０の水素イオン指数を測定するためのセンサ２５ｄが設置されている。センサ２５ｄは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３に検知した水素イオン指数に基づく検知信号を出力する。フィルタ２５ｃの上面に等しいか、または若干上方となる位置に相当する析出槽２５の側面部には、水分を含んだ微粉状の炭酸カルシウム２９を取り出すための取出し口２５ｅが設けられており、取出し口２５ｅには開閉バルブ２５ｆが設置されている。

また、析出槽２５の下部には、還流ライン３１の一端が接続されている。還流ライン３１の他端部は、分岐ライン３１ａおよび分岐ライン３１ｂに分岐されている。そして、分岐ライン３１ａは、溶解槽２６に、分岐ライン３１ｂは、炭酸塩生成槽２４に接続されている。また、還流ライン３１には、送液ポンプ３１ｃおよび切替バルブ３１ｄが備えられいる。送液ポンプ３１ｃは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、析出槽２５から溶解槽２６または炭酸塩生成槽２４に供給するアルカリ水３０の流量を調整する。切替バルブ３１ｄは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、アルカリ水３０を溶解槽２６または炭酸塩生成槽２４のいずれに供給するかを切替える。

溶解槽２６の上部には、アルカリ水３０を導き入れるためのアルカリ水導入口２６ａ、および酸化カルシウム粉末３２を取り込むためのカルシウム取込み口２６ｂが設置されている。溶解槽２６の内部には、溶解していない水酸化カルシウムスラリー３２ａが外部に流れ出ないようにするためのフィルタ２６ｃが設置されている。

溶解槽２６の底部には、還流ライン３３の一端が接続されている。還流ライン３３の他端は、析出槽２５のカルシウム水導入口２５ｂに接続されている。還流ライン３３には、送液ポンプ３３ａが備えられており、送液ポンプ３３ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、溶解槽２６から析出槽２５に供給する水酸化カルシウム水２８の流量を調整する。

炭酸塩生成槽２４には、上述したように、分岐ライン２２ｂ、分岐ライン３１ｂおよび還流ライン２３の一端が接続されている。炭酸塩生成槽２４の上部には、炭酸塩水２７を注入するための炭酸塩水注入口２４ａが設置されている。炭酸塩生成槽２４の内部には、吸収液２０とアルカリ水３０を混合するための撹拌装置２４ｂが設置されている。

また、炭酸塩生成槽２４の底部には、還流ライン３４の一端が接続されている。還流ライン３４の他端は、析出槽２５の炭酸塩水導入口２５ａに接続されている。還流ライン３４には、送液ポンプ３４ａが備えられており、送液ポンプ３４ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、炭酸塩生成槽２４から析出槽２５に供給する炭酸塩水２７の流量を調整する。

次に、二酸化炭素固定システム１０の作用について説明する。

ここでは、炭酸塩水２７として、炭酸ナトリウム水を用いた場合について説明する。
二酸化炭素固定システム１０の立上げ時は、炭酸塩生成槽２４の炭酸塩水注入口２４ａから所定量の炭酸塩水２７が注入される。炭酸塩生成槽２４に注入された炭酸塩水２７のうちのほぼ半分は、還流ライン２３によって貯留槽１８に送られ、吸収液２０として使用される。

溶解槽２６のカルシウム取込み口２６ｂからは、所定量の酸化カルシウム粉末３２および水が供給され、式（１）式に示すように、双方が接して水酸化カルシウムスラリー３２ａとなる。
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ …式（１）

この水酸化カルシウムスラリー３２ａは、フィルタ２６ｃによって捕集され、少量の水酸化カルシウムスラリー３２ａが水に溶解して水酸化カルシウム水２８になり、フィルタ２６ｃを通過する。なお、水酸化カルシウム水２８は、完全な水溶液でなく、固液が混合した石灰乳であってもよい。

火力発電所や都市ごみ焼却場などから導かれた１００〜１３０℃の排ガス１９は、脱硫処理が施されないまま、ガスブロワ１５によってガス熱回収器１４に吸い込まれる。また、排ガス１９は、ガス熱回収器１４によって冷却され、排ガス１９の温度が５５〜６５℃に下げられる。ガス熱回収器１４が排ガス１９から吸収した熱量は、吸収塔１６の保温ジャケット１６ｆや貯留槽１８の保温ジャケット１８ｂに供給され、吸収塔１６や貯留槽１８が５５〜６５℃に保持される。吸収塔１６や貯留槽１８の温度を５５〜６５℃に保持するのは、温度がこの範囲よりも低い場合には、吸収塔１６における二酸化炭素の回収率が十分大きくならず、温度がこの範囲よりも高い場合には、二酸化炭素を吸収した吸収液２０が吸収塔１６内で二酸化炭素を放出するようになるからである。

続いて、５５〜６５℃の温度に下げられた排ガス１９は、ガスブロワ１５によって排ガス導入口１６ａから吸収塔１６内に送気される。吸収塔１６内に排ガス１９が送気されると、貯留槽１８の吸収液２０が吸収液導入口１６ｄから供給される。吸収液導入口１６ｄから供給される吸収液２０の流量は、制御部１３からの信号に基づいて制御される送液ポンプ２２ｃによって調整される。この際、還流ライン２２に備えられた切替バルブ２２ｄによって分岐ライン２２ａへの流路は開かれており、分岐ライン２２ｂへの流路は閉じられている。

吸収液導入口１６ｄから供給された吸収液２０は、充填材１６ｂを伝わって流れ落ちながら、充填材１６ｂ中を下方から上方に流れる排ガス１９と気液接触し、排ガス１９に含まれる二酸化炭素及び硫黄酸化物を吸収する。また、一部の二酸化炭素は吸収されないまま残り排ガス排出口１６ｃより排気される。

充填材１６ｂを伝わって流れ落ちた吸収液２０は、還流ライン２１に導かれ、貯留槽１８に供給される。さらに、貯留槽１８に導かれた吸収液２０は、再度、還流ライン２２を通って吸収液導入口１６ｄに戻される。

炭酸ナトリウム水の吸収液２０は、排ガス１９に含まれる二酸化炭素を吸収して炭酸水素ナトリウムを生じさせ、水素イオン指数であるｐＨ値が１２から９以下まで徐々に低下する。

貯留槽１８のセンサ１８ａからの検知信号を制御部１３が入力し、吸収液２０のｐＨ値が９以上であると判定した場合には、貯留槽１８の吸収液２０が、再度、吸収液導入口１６ｄに導かれ、上記した吸収液２０の還流動作を繰り返す。

一方、制御部１３において、吸収液２０のｐＨ値が９未満であると判定された場合には、還流ライン２２に備えられた切替バルブ２２ｄが切替えられ、分岐ライン２２ａへの流路が閉じられ、分岐ライン２２ｂへの流路が開かれる。そして、ｐＨ値が９未満である吸収液２０は、炭酸塩生成槽２４に導かれる。

二酸化炭素固定システム１０の立上げ時に、炭酸塩生成槽２４に注入された炭酸塩水２７のほぼ半分が吸収液２０として、上記したように、貯留槽１８と吸収塔１６を還流している間、残り半分の炭酸塩水２７は、還流ライン３４によって、析出槽２５の炭酸塩水導入口２５ａから析出槽２５内に噴出される。それと同時に、前述した溶解槽２６で生じた水酸化カルシウム水２８は、還流ライン３３によって析出槽２５のカルシウム水導入口２５ｂから析出槽２５内に噴出される。

析出槽２５において、噴出された炭酸塩水２７と水酸化カルシウム水２８は混合し、式（２）に示すように、炭酸カルシウムおよび水酸化ナトリウムが生じる。
Ｎａ_２ＣＯ_３＋Ｃａ（ＯＨ）_２ → ＣａＣＯ_３＋２ＮａＯＨ …式（２）

生成した炭酸カルシウムは、溶解度が極めて小さいため、水分を含む微粉状の炭酸カルシウム２９として析出する。また、水酸化ナトリウムは、水に溶解したままでアルカリ水３０となる。

微粉状の炭酸カルシウム２９は、フィルタ２５ｃによって捕集される。アルカリ水３０は、フィルタ２５ｃを通過し、還流ライン３１および分岐ライン３１ａによって溶解槽２６に導かれ、アルカリ水導入口２６ａから噴出される。噴出されたアルカリ水３０は、少量の水酸化カルシウムスラリー３２ａを溶解して水酸化カルシウム水２８になる。なお、この際、切替バルブ３１ｄによって、還流ライン３１と分岐ライン３１ａの流路は開かれ、還流ライン３１と分岐ライン３１ｂの流路は閉じられている。

上記したアルカリ水３０と水酸化カルシウム水２８の生成は、繰り返され、この繰返しによって微粉状の炭酸カルシウム２９の捕集量は徐々に増加する。微粉状の炭酸カルシウム２９の捕集量が所定量に達したときには、取出し口２５ｅより取り出され、脱水処理および乾燥処理が施される。そして、乾燥処理後の炭酸カルシウム２９は、例えば、製品として販売される。

制御部１３において、析出槽２５のセンサ２５ｄからの検知信号を入力し、アルカリ水３０のｐＨ値が１３未満であると判断した場合、制御部１３は、送液ポンプ３３ａおよび送液ポンプ３４ａによって、炭酸塩水２７と水酸化カルシウム水２８の流量を調整し、アルカリ水３０のｐＨ値を１３以上とする。

炭酸塩生成槽２４の炭酸塩水２７が全て析出槽２５へ送られた後、還流ライン３１の切替バルブ３１ｄによって、分岐ライン３１ａへの流路が閉じられ、アルカリ水３０と水酸化カルシウム水２８の生成が停止される。また、切替バルブ３１ｄによって、分岐ライン３１ｂへの流路が開かれ、アルカリ水３０が炭酸塩生成槽２４に導入される。

前述したように、炭酸塩生成槽２４には、吸収塔１６と貯留槽１８の間に還流されてｐＨ値が９未満となった吸収液２０も供給され、この吸収液２０とアルカリ水３０とにより、式（３）式に示すように、炭酸塩生成槽２４には、炭酸ナトリウム水が生成され、炭酸塩水２７が再生される。
ＮａＯＨ＋ＮａＨＣＯ_３ → Ｎａ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ …式（３）

この再生された炭酸塩水２７の半分は、再度、貯留槽１８に供給され、吸収液２０として用いられる。また、炭酸塩水２７の残り半分は、再度、析出槽２５に供給され、微粉状の炭酸カルシウム２９の生成に用いられる。そして、上述した吸収液２０の再生および微粉状の炭酸カルシウム２９の生成などの工程が再び繰り返される。

上記したように、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０では、炭酸ナトリウムの吸収液２０を用いて二酸化炭素を吸収し、炭酸水素ナトリウムを生成することができる。また、酸化カルシウム粉末３２および炭酸ナトリウムを用いて微粉状の炭酸カルシウム２９およびアルカリ水３０である水酸化ナトリウムを製造することができる。

さらに、炭酸水素ナトリウムおよびアルカリ水３０を混合して、炭酸塩水２７（炭酸ナトリウム水）を再生することができる。換言すれば、吸収液２０および炭酸塩水２７を消費することなく、二酸化炭素および酸化カルシウム粉末３２から有用な微粉状の炭酸カルシウム２９を製造することができる。

なお、吸収液２０および炭酸塩水２７として炭酸ナトリウム水の代わりに、炭酸カリウム水、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの混合水を用いた場合も、吸収液２０および炭酸塩水２７を消費することなく、二酸化炭素および酸化カルシウム粉末３２から有用な微粉状の炭酸カルシウム２９を製造することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素固定システム１００の概要を示したものである。

本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素固定システム１００は、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０に、一部の構成を追加したものであり、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の構成と同一部分には同一の符号を付して、重複する説明を簡略または省略する。

二酸化炭素固定システム１００は、二酸化炭素吸収装置１１１、炭酸カルシウム製造装置１１２および制御部１３から構成されている。なお、図２において、制御部１３は、後述する各ポンプ、各バルブ、各センサと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線を省略する。

二酸化炭素吸収装置１１１においては、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の二酸化炭素吸収装置１１に、貯留槽３５および中空糸フィルタ３７が追加され、分岐ライン２２ｂの代わりに還流ライン３６、３８が設けられている。ここでは、２つの貯留槽を備えた一例を示しているが、貯留槽は少なくとも２つ具備すればよく、３個以上の貯留槽を備えてもよい。

貯留槽３５は、貯留槽１８と同一の構成を有し、貯留槽３５には、還流ライン２２から切替バルブ５０ａを介して分岐された分岐ライン５０が接続され、さらに、還流ライン２３から切替バルブ５１ａを介して分岐された分岐ライン５１が接続されている。また、貯留槽３５には、還流ライン２１から切替バルブ５２ａを介して分岐された分岐ライン５２が接続されている。さらに、貯留槽３５内には、吸収液２０の水素イオン指数を測定するためのセンサ３５ａが設置されている。

また、貯留槽１８、３５には、還流ライン３６から切替バルブ３６ｃを介して分岐された分岐ライン３６ａ、３６ｂが接続されている。還流ライン３６の他端は、煤塵を除去するための中空糸フィルタ３７に接続されている。また、還流ライン３６には、送液ポンプ３６ｄが備えられており、送液ポンプ３６ｄは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、貯留槽１８および３５から中空糸フィルタ３７に供給する吸収液２０の流量を調整する。

また、中空糸フィルタ３７には、還流ライン３８の一端が接続されており、還流ライン３８の他端は炭酸カルシウム製造装置１１２の炭酸塩生成槽２４に接続されている。

炭酸カルシウム製造装置１１２おいては、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の炭酸カルシウム製造装置１２に、還流ライン３９、４１、４３、遠心式脱水器４０、およびアルカリ水貯留槽４２が追加されている。

還流ライン３９の一端は、析出槽２５の取出し口２５ｅに接続されており、還流ライン３９の他端は、遠心式脱水器４０に接続されている。また、還流ライン３９には、スラリーポンプ３９ａが備えられており、スラリーポンプ３９ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、析出槽２５から遠心式脱水器４０に供給する水分の多い微粉状の炭酸カルシウム２９の流量を調整する。

遠心式脱水器４０には、水分の少ない微粉状の炭酸カルシウム２９を取り出すためのカルシウム取出し口４０ａが設置されている。また、遠心式脱水器４０には、還流ライン４１の一端が接続されており、還流ライン４１の他端が切替バルブ４１ａを介して還流ライン３１に接続されている。さらに、切替バルブ４１ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、遠心式脱水器４０で微粉状の炭酸カルシウム２９より分離されたアルカリ水３０を還流ライン３１に導く。

還流ライン３１の分岐ライン３１ｂは、アルカリ水貯留槽４２に接続されている。アルカリ水貯留槽４２の上部には、水酸化ナトリウムを取り込むためのアルカリ取込み口４２ａが設けられている。アルカリ水貯留槽４２の下部には、還流ライン４３の一端が接続されており、還流ライン４３の他端が炭酸塩生成槽２４に接続されている。また、還流ライン４３には、送液ポンプ４３ａが備えられており、送液ポンプ４３ａは、制御部１３と電気的に接続され、制御部１３からの信号に基づいて、アルカリ水貯留槽４２から炭酸塩生成槽２４に供給するアルカリ水３０の流量を調整する。

次に、二酸化炭素固定システム１００の作用について説明する。

ここでは、炭酸塩水２７として、炭酸ナトリウム水を用いた場合について説明し、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の作用と重複する説明は省略する。また、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０の作用で説明したように、二酸化炭素固定システム１０の立上げ時は、炭酸塩生成槽２４に所定量の炭酸塩水２７が注入され、炭酸塩生成槽２４に注入された所定量の炭酸塩水２７は、還流ライン２３によって貯留槽１８に導かれ、分岐ライン５１によって貯留槽３５に導かれる。

また、ここでは、貯留槽３５の炭酸塩水２７を吸収液２０として、吸収液導入口１６ｄに導き、その吸収液２０のｐＨ値が９未満となった場合に、切替バルブ５０ａで流路を切り替えて、貯留槽１８の炭酸塩水２７を吸収液２０として、吸収液導入口１６ｄに導く場合について説明する。

制御部１３において、貯留槽３５の吸収液２０のｐＨ値が９未満であると判定された場合には、還流ライン３６に備えられた切替バルブ３６ｃが切替えられ、分岐ライン３６ａへの流路が閉じられ、分岐ライン３６ｂへの流路が開かれる。また、切替バルブ５０ａを切り替え、分岐ライン５０への流路が閉じられ、貯留槽１８からの還流ライン２２の流路を開く。

ｐＨ値が９未満である吸収液２０は、中空糸フィルタ３７に導かれ、吸収塔１６で吸収液２０に混入した煤塵が除去される。また、煤塵が除去された吸収液２０は、炭酸塩生成槽２４に導かれる。また、貯留槽１８のｐＨ１０〜１２の吸収液２０は、吸収液導入口１６ｄに導かれる。

析出槽２５で捕集された水分の多い微粉状の炭酸カルシウム２９は、遠心式脱水器４０に導かれて脱水処理され、水分の少ない微粉状の炭酸カルシウム２９とアルカリ水３０に分離される。脱水された水分の少ない微粉状の炭酸カルシウム２９は、図示していない熱風式乾燥器により乾燥される。そして、乾燥後の炭酸カルシウム２９は、例えば、製品として販売される。一方、分離されたアルカリ水３０は、還流ライン４１を介して還流ライン３１に導かれる。

析出槽２５におけるアルカリ水３０と水酸化カルシウム水２８の生成の停止後、析出槽２５および溶解槽２６のアルカリ水３０は、一旦、アルカリ水貯留槽４２に集められ、ｐＨ値および水分量が調整される。そして、所定の調整がなされたアルカリ水３０は、還流ライン４３を介して、炭酸塩生成槽２４に供給される。

上記したように、第２の実施の形態の二酸化炭素固定システム１００では、炭酸ナトリウムの吸収液２０を用いて二酸化炭素を吸収し、炭酸水素ナトリウムを生成することができる。また、酸化カルシウム粉末３２および炭酸ナトリウムを用いて微粉状の炭酸カルシウム２９およびアルカリ水３０である水酸化ナトリウムを製造することができる。

また、炭酸水素ナトリウムおよびアルカリ水３０を混合して、炭酸塩水２７（炭酸ナトリウム水）を再生することができる。換言すれば、吸収液２０および炭酸塩水２７を消費することなく、二酸化炭素および酸化カルシウム粉末３２から有用な微粉状の炭酸カルシウム２９を製造することができる。

さらに、複数の貯留槽１８、３５を設置することで、一方の貯留槽３５から炭酸カルシウム製造装置１１２側である炭酸塩生成槽２４に吸収液２０を供給しているときでも、他方の貯留槽１８から二酸化炭素吸収装置１１１側である吸収液導入口１６ｄに吸収液２０を供給することができるので、二酸化炭素吸収装置１１１と炭酸カルシウム製造装置１１２とを同時に作動させることができる。

また、中空糸フィルタ３７を設けることにより、排ガス１９に含まれる煤塵が微粉状の炭酸カルシウム２９に混入することを防ぐことができるので、純度の高い炭酸カルシウム２９を生成することができる。さらに、アルカリ水貯留槽４２を設けることにより、アルカリ水３０の成分割合の変化を調整することができる。

（その他の実施の形態）
第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０および第２の実施の形態の二酸化炭素固定システム１００では、吸収塔１６、貯留槽１８、３５、炭酸塩生成槽２４をそれぞれ独立した構成として示しているが、これらの構成を一体的に備える構成としてもよい。この場合でも、第１の実施の形態の二酸化炭素固定システム１０および第２の実施の形態の二酸化炭素固定システム１００で示した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素固定システムを示す概要図。 本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素固定システムを示す概要図。 従来の二酸化炭素回収システムを示す概要図。

符号の説明

１０…二酸化炭素固定システム、１３…制御部、１６…吸収塔、１８…貯留槽、１９…排ガス、２０…吸収液、２１、２２、２３、３１、３３、３４…還流ライン、２４…炭酸塩生成槽、２５…析出槽、２６…溶解槽、２７…炭酸塩水、２８…水酸化カルシウム水、２９…微粉状の炭酸カルシウム、３０…アルカリ水、３２…酸化カルシウム粉末。

Claims (11)

1. 排ガス導入口、吸収液導入口、残り排ガス排出口および吸収液排出口を備え、排ガス導入口から導入された排ガスと吸収液とを気液接触させて該吸収液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収装置と、
   前記二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収液導入口に還流させる吸収液還流ラインと、
   前記吸収液還流ライン内に介挿され、または前記吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する貯留槽と、
   前記二酸化炭素を吸収した吸収液とアルカリ溶液とを混合して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩生成槽と、
   前記炭酸塩生成槽で生成された炭酸塩溶液の一部と水酸化カルシウム溶液とを混合して、炭酸カルシウムを析出させ、かつ前記アルカリ溶液を生成する炭酸カルシウム析出槽と
   を具備することを特徴とする二酸化炭素固定システム。
2. 排ガス導入口、吸収液導入口、残り排ガス排出口および吸収液排出口を備え、排ガス導入口から導入された排ガスと吸収液とを気液接触させて該吸収液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収装置と、
   前記二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を前記吸収液導入口に還流させる第１の吸収液還流ラインと、
   前記第１の吸収液還流ライン内に介挿され、または前記第１の吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する第１の貯留槽と、
   二酸化炭素吸収液導入口、再生吸収液排出口、炭酸塩溶液排出口およびアルカリ溶液導入口を備え、前記二酸化炭素吸収液導入口から導入された二酸化炭素を吸収した吸収液と、前記アルカリ溶液導入口から導入されたアルカリ溶液とを混合して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩生成槽と、
   前記炭酸塩生成槽の再生吸収液排出口から排出される炭酸塩溶液の一部を前記吸収液導入口に還流させる第２の吸収液還流ラインと、
   前記第２の吸収液還流ライン内に介挿され、または前記第２の吸収液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記吸収液を貯留する第２の貯留槽と、
   前記炭酸塩溶液排出口から排出された炭酸塩溶液の残部と酸化カルシウム溶液とを混合して、炭酸カルシウムを析出させ、かつ前記アルカリ溶液を生成する炭酸カルシウム析出槽と
   を具備することを特徴とする二酸化炭素固定システム。
3. 前記二酸化炭素固定システムが、
   酸化カルシウム粉末または水酸化カルシウム粉末を水に溶解して水酸化カルシウム溶液とする溶解槽と、
   前記炭酸カルシウム析出槽で生成されたアルカリ溶液を前記溶解槽に導入し、前記溶解槽で形成された水酸化カルシウム溶液を前記炭酸カルシウム析出槽に導入する第１のアルカリ溶液還流ラインと、
   前記炭酸カルシウム析出槽で生成されたアルカリ溶液を前記炭酸塩生成槽に導入し、前記炭酸塩生成槽で生成した炭酸塩溶液を前記炭酸カルシウム析出槽に導入する第２のアルカリ溶液還流ラインと
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の二酸化炭素固定システム。
4. 前記二酸化炭素固定システムが、
   前記吸収液および前記アルカリ溶液の水素イオン指数に対応する検出信号を出力する計測器と、
   前記計測器からの検出信号に基づいて、前記吸収液還流ラインおよび前記アルカリ溶液還流ラインを制御する制御手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の二酸化炭素固定システム。
5. 前記炭酸塩溶液の主な溶質が炭酸ナトリウムであり、前記吸収液が前記炭酸塩溶液から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の二酸化炭素固定システム。
6. 前記炭酸塩溶液に含まれる炭酸ナトリウムの重量濃度が、３〜２２％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の二酸化炭素固定システム。
7. 二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を、第１の貯留槽を介して前記二酸化炭素吸収装置の吸収液導入口に還流させ、排ガスと前記吸収液とを気液接触させて、前記吸収液に排ガス中の二酸化炭素を繰り返し吸収させる第１の吸収工程と、
   前記第１の吸収工程における前記吸収液の水素イオン指数が所定の値となった場合に、前記吸収液の第１の還流ラインを切り替え、前記所定の水素イオン指数となった吸収液を炭酸塩生成槽に導き、前記吸収液にアルカリ溶液を混入して、炭酸塩溶液を生成する炭酸塩溶液生成工程と、
   前記炭酸塩溶液生成工程で生成された炭酸塩溶液を炭酸カルシウム析出槽に導き、水酸化カルシウム水を混入し、炭酸カルシウムを析出させ、かつアルカリ溶液を生成させる炭酸カルシウム析出工程と
   を具備することを特徴とする二酸化炭素固定方法。
8. 前記炭酸塩溶液生成工程で生成された炭酸塩溶液の一部を前記第１の貯留槽に供給する炭酸塩溶液供給工程をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の二酸化炭素固定方法。
9. 前記炭酸塩溶液生成工程において、前記第１の還流ラインを切り替えると同時に、吸収液の還流ラインを、二酸化炭素吸収装置の吸収液排出口から排出される吸収液を第２の貯留槽を介して前記二酸化炭素吸収装置の吸収液導入口に還流させる第２の還流ラインに切り替え、排ガスと前記吸収液とを気液接触させて、前記吸収液に排ガス中の二酸化炭素を繰り返し吸収させる第２の吸収工程をさらに具備することを特徴とする請求項７または８記載の二酸化炭素固定方法。
10. 前記炭酸塩溶液の主な溶質が炭酸ナトリウムであり、前記吸収液が前記炭酸塩溶液から構成されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の二酸化炭素固定方法。
11. 前記炭酸塩溶液に含まれる炭酸ナトリウムの重量濃度が、３〜２２％であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項記載の二酸化炭素固定方法。

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