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

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

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」

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。

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。

本発明の一実施の形態の二酸化炭素溶解システムの概要を示した図。 従来の二酸化炭素回収システムの概要を示した図。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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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