JP2008029975A - 二酸化炭素溶解システムおよび二酸化炭素溶解方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】二酸化炭素を吸収する吸収液の再生および回収した二酸化炭素の液化が不要であり、回収した二酸化炭素の運搬に要するエネルギが少なく、システム効率の向上を図ることができ、さらに、自然環境との調和を維持することができる二酸化炭素溶解システムおよび二酸化炭素溶解方法を提供すること目的とする。
【解決手段】排ガス導入口102から導入された二酸化炭素を含む排ガス101と海水導入口104から導入された海水150とを充填材106を介して気液接触させ、海水150に二酸化炭素を溶解させる充填塔100と、海中から海水150を汲み上げて充填塔100の海水導入口104に導く海水供給ライン120と、排ガス101と気液接触した海水150を充填塔100の海水排出口108から海中に放流する海水排出ライン130とを具備する。
【選択図】図1
【解決手段】排ガス導入口102から導入された二酸化炭素を含む排ガス101と海水導入口104から導入された海水150とを充填材106を介して気液接触させ、海水150に二酸化炭素を溶解させる充填塔100と、海中から海水150を汲み上げて充填塔100の海水導入口104に導く海水供給ライン120と、排ガス101と気液接触した海水150を充填塔100の海水排出口108から海中に放流する海水排出ライン130とを具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、製油所、火力発電所、ごみ焼却場などの燃焼排ガスに含まれている二酸化炭素を回収し固定するための二酸化炭素溶解システムおよび二酸化炭素溶解方法に関する。
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、製油所、火力発電所、ごみ焼却場などから排出される二酸化炭素を、例えば、アルカリ物質であるアミン化合物の水溶液を吸収液として用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
ここで、従来の二酸化炭素回収システム200について、図2を参照して説明する。
図2は、従来の二酸化炭素回収システム200の概要を示した図である。この従来の二酸化炭素回収システム200は、吸収液としてアミン水溶液を用いて、二酸化炭素を回収するシステムである。
図2に示された従来の二酸化炭素回収システム200では、化石燃料を燃焼して排出された排ガス201は、ガスブロワ202によって吸収塔203に導かれる。吸収塔203の上部には、温度が50℃程度の吸収液204が供給され、この供給された吸収液204は、導入された排ガス201と気液接触して、排ガス201中の二酸化炭素を吸収する。一方、吸収液204と気液接触した排ガス201は、吸収塔203の上部から大気へ放出される。
二酸化炭素を吸収した吸収液204は、吸収塔203の下部から抜出しポンプ205によって熱交換器206に導かれ、さらに再生塔207に導かれる。
再生塔207に導かれた吸収液204は、加熱器208のスチーム209によって120℃程度の温度に加熱されて撹乱される。そして、二酸化炭素が吸収液204から放散され、再び二酸化炭素を吸収可能な吸収液204に再生される。再生された吸収液204は、循環ポンプ210により、熱交換器206およびクーラ211を介して吸収塔203の上部へ再び供給される。一方、吸収液204から放散された二酸化炭素は、クーラ212を介して分離器213に導かれ、分離器213よって水分が取り除かれた後に回収される。
また、回収した二酸化炭素を海水に溶解して固定する従来の二酸化炭素溶解システムにおいては、回収した多量の二酸化炭素を液化し、その液化した二酸化炭素を船で海洋に運搬して海水に溶解させる技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
特開2002−126439号公報
(財)地球環境産業技術研究機構の平成16年度成果報告書「二酸化炭素の海洋隔離に伴う環境影響予測技術開発」
また、回収した二酸化炭素を海水に溶解して固定する従来の二酸化炭素溶解システムにおいては、回収した多量の二酸化炭素を液化し、その液化した二酸化炭素を船で海洋に運搬して海水に溶解させる技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
上記した従来の二酸化炭素回収システムでは、吸収液を再生するのに多量の熱エネルギを消費していた。また、上記した従来の二酸化炭素溶解システムでは、回収した多量の二酸化炭素を液化し、その液化した二酸化炭素を船で運搬するために、大きなエネルギを要していた。また、液化した高濃度の二酸化炭素を自然界の海に溶解させるため、生物への影響も懸念されていた。
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、二酸化炭素を吸収する吸収液の再生および回収した二酸化炭素の液化が不要であり、回収した二酸化炭素の運搬に要するエネルギが少なく、システム効率の向上を図ることができ、さらに、自然環境との調和を維持することができる二酸化炭素溶解システムおよび二酸化炭素溶解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溶解システムは、ガス導入口、海水導入口、海水排出口、残りガス排出口および充填材を備え、前記ガス導入口から導入された二酸化炭素を含むガスと前記海水導入口から導入された海水とを前記充填材を介して気液接触させ、前記海水に二酸化炭素を溶解させる充填塔と、海中から海水を汲み上げて前記充填塔の海水導入口に導く海水供給ラインと、前記ガスと気液接触した海水を前記充填塔の海水排出口から海中に放流する海水排出ラインとを具備することを特徴とする。
この二酸化炭素溶解システムによれば、充填塔において海水により二酸化炭素を吸収し、その二酸化炭素を吸収した海水を海水排出ラインにより海中に排出する。これによって、吸収液を再生するための熱エネルギが不要である。また、ガス中の二酸化炭素を直に海水へ溶解させるため、二酸化炭素を液化する必要がなく、その液化させるための動力エネルギが不要である。また、海水供給ラインを介して海中から海水を汲み上げて、充填塔で二酸化炭素を溶解させ、その海水を海水排出ラインを介して海中に戻すため、二酸化炭素の運搬に要するエネルギを大幅に削減することができる。
本発明の二酸化炭素溶解方法は、海中から海水を汲み上げて充填塔に導く海水供給工程と、二酸化炭素を含むガスを前記充填塔内に導き、前記ガスと前記海水とを前記充填塔内に備えられた充填材を介して気液接触させ、前記海水に二酸化炭素を溶解させる溶解工程と、前記ガスと気液接触した海水を前記充填塔から海中に放流する海水排出工程とを具備することを特徴とする。
この二酸化炭素溶解方法によれば、溶解工程において海水により二酸化炭素を吸収し、その二酸化炭素を吸収した海水を海水排出工程により海中に排出する。これによって、吸収液を再生するための熱エネルギが不要である。また、ガス中の二酸化炭素を直に海水へ溶解させるため、二酸化炭素を液化する必要がなく、その液化させるための動力エネルギが不要である。また、海水供給工程において海中から海水を汲み上げて、溶解工程において二酸化炭素を溶解させ、その海水を海水排出工程において海中に戻すため、二酸化炭素の運搬に要するエネルギを大幅に削減することができる。
本発明の二酸化炭素溶解システムおよび二酸化炭素溶解方法によれば、二酸化炭素を吸収する吸収液の再生および回収した二酸化炭素の液化が不要であり、回収した二酸化炭素の運搬に要するエネルギが少なく、システム効率の向上を図ることができ、さらに、自然環境との調和を維持することができる。
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。
図1は、本発明の一実施の形態の二酸化炭素溶解システム10の概要を示した図である。
この二酸化炭素溶解システム10は、充填塔100、アルカリ添加装置110、海水供給ライン120、海水排出ライン130、制御部140などから構成されている。なお、図1において、制御部140は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
この二酸化炭素溶解システム10は、充填塔100、アルカリ添加装置110、海水供給ライン120、海水排出ライン130、制御部140などから構成されている。なお、図1において、制御部140は、後述する各ポンプ、各構成機器などと電気的に接続されているが、図の明記のため接続線の記載は省略する。
充填塔100は、充填塔100に導入された二酸化炭素を含む排ガスと、充填塔100に導入された海水150とを気液接触させ、海水150に二酸化炭素を溶解させるものである。充填塔100の下部には、二酸化炭素を含む排ガス101を充填塔100内に導くための排ガス導入口102が設けられている。この排ガス導入口102には、排ガス101を充填塔100内に送気するためのガスブロワ103が連結されている。
また、充填塔100の上部には、海水150を導入する海水導入口104が設けられている。この海水導入口104には、海水150を噴出する海水噴出部105が設けられている。また、海水導入口104は、海中から海水150を汲み上げて充填塔100に導く海水供給ライン120の一端と接続されている。一方、海水供給ライン120の他端は、海岸の海水中に配置されている。また、海水供給ライン120には、海水150を汲み上げるための送液ポンプ121が介在している。
ここで、海水噴出部105から噴出される海水150は、均一に噴出されることが好ましく、例えば、海水噴出部105に、所定の噴霧粒径および噴霧パターンが得られる噴霧ノズルや空気噴射ノズルなどを用いてもよい。
また、充填塔100の内部には、海水噴出部105から噴出された海水150と充填塔100に導入された排ガス101との気液接触を促進させる充填材106が、充填塔100の所定位置の断面に亘って配設されている。さらに、充填塔100の上端部には、残りガス排出口として機能し、充填材106を通過することで海水150と気液接触した後の排ガス101を大気中に排気する排気口107が設けられている。
ここで、充填材106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106を通過する海水150を撹乱する作用を有するものであればよい。充填材106を構成する材料は、セラミックスやステンレス鋼などの材料を用いることができ、特に限定されるものではない。また、充填材106は、例えば、クリンカアッシュなどの石炭灰や砂利を積層して構成されてもよい。この場合には、排ガス101や海水150がこれらの積層部を少なくとも通過できる程度の気孔率、換言すれば、流路を有している必要がある。また、充填材106に石炭灰を用いることで、二酸化炭素を吸収して水素イオン指数(pH)が低下した海水150を、海水本来のpH値(7.8〜8.4)に維持したり、さらには海水本来のpH値よりも大きくすることで、二酸化炭素の吸収を促進することができる。また、充填材106は、充填塔100内に多段に設置されてもよい。この充填材106を多段に設置した場合、例えば、各段に対応して海水150を噴出する海水噴出部105を設けてもよい。
さらに、充填塔100の底部には、二酸化炭素を溶解した海水150を排出するための海水排出口108が設けられている。この海水排出口108は、排ガス101と気液接触した海水150を充填塔100から海中に放流する海水排出ライン130の一端と接続されている。一方、海水排出ライン130の他端は、海岸の海水中に配置されている。また、海水排出ライン130には、海水150を海中に排出するための送液ポンプ131、および海水150のpH値を測定するためのpH測定器132が介在している。
なお、充填塔100内は、室温、大気圧の環境下にあり、充填塔100における環境管理のためのエネルギは必要としない。
アルカリ添加装置110は、海水供給ライン120を流れる海水150にアルカリ溶液を添加するものである。このアルカリ添加装置110は、主に、海水排出ライン130を介して海中に排出される、二酸化炭素を吸収した海水150のpH値を調整するために機能する。アルカリ添加装置110の底部には、送液ポンプ111を介在したアルカリ添加ライン112の一端が接続され、アルカリ添加ライン112の他端は、海水供給ライン120に接続されている。また、アルカリ添加装置110の内部には、水酸化ナトリウム水、炭酸ナトリウム水または炭酸水素ナトリウム水などのアルカリ溶液160が貯留されている。また、アルカリ溶液160として、例えば、砂漠などのアルカリ土壌の洗浄水または都市ごみなどの焼却灰の洗浄水を使用してもよい。
ここで、送液ポンプ111、121、131は、制御部140からの信号に基づいて作動し、海水排出ライン130に流れる海水150のpH値、すなわち、海中に排出される海水150のpH値を水質汚濁防止法に基づいて5.0〜9.0に調整している。また、アルカリ添加装置110を充填塔100の上流側、すなわち海水排出ライン130にアルカリ溶液160を供給するように設けることで、例えば、pH値が9.0を上回るようにアルカリ溶液160が添加された海水150を充填塔100に供給して二酸化炭素の吸収を促進し、二酸化炭素を吸収した後の海水150を上記した5.0〜9.0のpH値に維持することも可能となる。
なお、アルカリ溶液160を、海水排出ライン130を介して海中に排出される、二酸化炭素を吸収した海水150に添加しなくても、その海水150のpH値が、5.0〜9.0に維持される場合には、アルカリ添加装置110を設けなくてもよい。
次に、二酸化炭素溶解システム10の作用について説明する。
排ガス101は、ガスブロワ103によって充填塔100内に供給される。排ガス101が充填塔100内に供給されると、送液ポンプ121によって海水供給ライン120を介して海中から海水150が汲み上げられ、充填塔100の上部の海水噴出部105から噴出される。充填塔100内では、充填材106を介して海水150と排ガス101が気液接触し、海水150には、排ガス101に含まれる二酸化炭素が溶解する。また、海水150と気液接触後の、窒素や溶解しなかった二酸化炭素などを含む排ガスは、充填塔100の排気口107から大気中に放出される。ここで、充填塔100における二酸化炭素の溶解には、溶解度に基づいて海水に二酸化炭素が溶け込む現象と、アルカリ性を示す海水150(pH7.8〜8.4)と二酸化炭素との中和反応による二酸化炭素の固定現象の双方の現象が関与している。
続いて、二酸化炭素を溶解した海水150は、送液ポンプ131によって、海水排出ライン130を流動し、pH測定器132でpHが測定され、海中に排出される。ここで、pH測定器132において測定された、海水150のpH値に基づく情報は、電気信号により制御部140に出力される。制御部140は、pH測定器132からの測定情報を常時検知し、pH値が低下して5.0に近づいた場合、送液ポンプ111を制御して、アルカリ溶液160の海水150への添加量を増加させる。一方、制御部140は、pH値が増加して9.0に近づいた場合、送液ポンプ111を制御して、アルカリ溶液160の海水150への添加量を減少させる。
上記したように、一実施の形態の二酸化炭素溶解システム10では、充填塔100において排ガス101中の二酸化炭素を海水150に撹乱させながら溶解させるため、単に二酸化炭素を海水にバブリングさせて溶解する場合と比較して、溶解を速めることができ、二酸化炭素の吸収率を向上させることができる。また、この二酸化炭素溶解システム10では、海水150を汲み上げ、この海水150に二酸化炭素を溶解させ、二酸化炭素を溶解した海水150を海に戻す工程のみであるため、熱エネルギを消費せずに、本システムを作動することができる。
さらに、排ガス101中の二酸化炭素を直に海水150へ溶解させるため、二酸化炭素を液化する必要がなく、その液化させるための動力エネルギが不要である。また、海中から海水150を汲み上げて二酸化炭素を溶解させ、その海水150を海中に戻すため、二酸化炭素の運搬に要するエネルギを大幅に削減することができる。
このように、二酸化炭素溶解システム10では、熱エネルギを消費せず、二酸化炭素を液化させるための動力エネルギが不要であり、さらに二酸化炭素の運搬に要するエネルギを大幅に削減することができるため、システムとしてのエネルギ効率を大幅に向上させることができる。また、二酸化炭素を溶解した海水150は、pH値が5.0〜9.0に制御されて海中に排出されるため、海の生物などに影響を及ぼさないようになり、自然環境との調和を維持することが可能である。
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、海水150の代わりに、河川や湖沼の水を用いることもできる。特に、アルカリ湖の水を用いると、海水を用いた場合に比較して二酸化炭素の溶解を速めることができる。
10…二酸化炭素溶解システム、100…充填塔、101…排ガス、103…ガスブロワ、104…海水導入口、106…充填材、108…海水排出口、110…アルカリ添加装置、111,121,131…送液ポンプ、112…アルカリ添加ライン、120…海水供給ライン、130…海水排出ライン、132…pH測定器、140…制御部、150…海水、160…アルカリ溶液。
Claims (13)
- ガス導入口、海水導入口、海水排出口、残りガス排出口および充填材を備え、前記ガス導入口から導入された二酸化炭素を含むガスと前記海水導入口から導入された海水とを前記充填材を介して気液接触させ、前記海水に二酸化炭素を溶解させる充填塔と、
海中から海水を汲み上げて前記充填塔の海水導入口に導く海水供給ラインと、
前記ガスと気液接触した海水を前記充填塔の海水排出口から海中に放流する海水排出ラインと
を具備することを特徴とする二酸化炭素溶解システム。 - 前記海水供給ラインを流れる海水にアルカリ溶液を添加するアルカリ添加装置をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の二酸化炭素溶解システム。
- 前記アルカリ添加装置から添加されるアルカリ溶液が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムの水溶液であるを特徴とする請求項1または2記載の二酸化炭素溶解システム。
- 前記アルカリ添加装置から添加されるアルカリ溶液が、アルカリ土壌または焼却灰の洗浄水であることを特徴とする請求項1または2記載の二酸化炭素溶解システム。
- 前記充填材が石炭灰および/または砂利であ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溶解システム。
- 前記海水排出ラインから海中に放流される海水の水素イオン指数pHが5.0〜9.0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溶解システム。
- 前記海水の代わりに、河川または湖沼の水を用いた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溶解システム。
- 海中から海水を汲み上げて充填塔に導く海水供給工程と、
二酸化炭素を含むガスを前記充填塔内に導き、前記ガスと前記海水とを前記充填塔内に備えられた充填材を介して気液接触させ、前記海水に二酸化炭素を溶解させる溶解工程と、
前記ガスと気液接触した海水を前記充填塔から海中に放流する海水排出工程と
を具備することを特徴とする二酸化炭素溶解方法。 - 前記海水供給工程において汲み上げられた海水にアルカリ溶液を添加するアルカリ添加工程をさらに具備することを特徴とする請求項8記載の二酸化炭素溶解方法。
- 前記アルカリ添加工程において添加されるアルカリ溶液が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムあるいは炭酸水素ナトリウムの水溶液であるを特徴とする請求項8または9記載の二酸化炭素溶解方法。
- 前記アルカリ添加工程において添加されるアルカリ溶液が、アルカリ土壌または焼却灰の洗浄水であることを特徴とする請求項8または9記載の二酸化炭素溶解方法。
- 前記海水排出工程において海中に放流される海水の水素イオン指数pHが5.0〜9.0であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項記載の二酸化炭素溶解方法。
- 前記海水の代わりに、河川または湖沼の水を用いたことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項記載の二酸化炭素溶解方法。
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