JP2010083731A

JP2010083731A - 排ガス中の二酸化炭素の回収方法

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Publication number: JP2010083731A
Application number: JP2008256921A
Authority: JP
Inventors: Shuji Hamano; 修史浜野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: JP5202221B2

Abstract

【課題】効率的に排ガス中の二酸化炭素を除去・回収することができ、かつ材料コストを抑えることができる排ガス中の二酸化炭素の除去・回収方法を提供する。
【解決手段】畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を洗浄槽（２）において水で洗浄することにより得られる洗浄液を、吸収塔（５）において燃焼排ガスと接触させることにより洗浄液に燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、次いで、再生塔（７）において二酸化炭素を吸収した洗浄液から二酸化炭素を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス発電、炭化物製造装置等から発生する排ガス中の二酸化炭素を回収する方法に関する。

温室効果ガスの削減について、近年、急速に世界中で議論されるようになっている中、温暖化係数の高い物質であるフロン類、メタン等についてはその対策が進んでいるものの、それらに比べ温暖化係数の低い二酸化炭素については経済的に見合わない等の理由で余りその対策がなされていないのが現状である。

しかし、近年における新興国の急速な経済発展にも誘発されて大気中の二酸化炭素濃度は急上昇しており、排ガス、特に大規模排出源である石炭火力発電所等において発生する排ガス中の二酸化炭素を除去・回収することに対し要望が高まっている。

排ガス中の二酸化炭素を除去する技術にはいくつかある。例えば、液体を用いて吸収させる方法として、Rectisol法、Selexol法、Purisol法等の、原料ガス中の二酸化炭素を吸収液中に物理吸収させて除去する方法や、エタノールアミン洗浄法、熱炭酸カリ洗浄法、Giammerco-Vectrocoke法、ＮａＯＨ洗浄法等の吸収速度および吸収液の吸収能を増大させることを目的として反応吸収によって二酸化炭素の効果的な除去を行おうとする方法等が一般的に知られている。

また、特許文献１には、吸収装置としてスクラバーを用いて二酸化炭素含有気体をアルカリ性の吸収液に気液接触させることにより二酸化炭素を除去する方法が記載されている。
特開２００５−８２７号公報

しかしながら、上記のいずれの方法においても、二酸化炭素を吸収させるための吸収液を用意しなければならず、また吸収液は経時的に劣化するため、吸収液のための材料コストが高くなるという問題がある。特に、今後、大気中の二酸化炭素濃度を抑制するという世界的な要望から大規模に二酸化炭素を除去する必要性が考えられ、そうした場合に、経済的に見合うように排ガス中の二酸化炭素を除去・回収する方法が求められることになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率的に排ガス中の二酸化炭素を除去・回収することができ、かつ材料コストを抑えることができる排ガス中の二酸化炭素の除去・回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者は、前記の従来技術の方法に対し、材料コストを抑える手段としてバイオマス資源から主にカリウム成分を抽出し、その抽出液を二酸化炭素の吸収液に用いることを想定し、詳細に実験を行ったところ、特に畜糞を燃焼した後の灰あるいは低酸素濃度雰囲気下で加熱処理した炭化物は、それらのカリウム成分の水への溶出性が高く、また特に試薬の添加が無くても二酸化炭素を吸収するのに適するｐＨを有することを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を水で洗浄することにより得られる洗浄液を燃焼排ガスと接触させることにより該洗浄液に燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、次いで、二酸化炭素を吸収した洗浄液から二酸化炭素を回収する方法である。

前記加熱残渣は、好ましくは、空気雰囲気下に燃焼することにより得られるものである。

前記加熱残渣は、好ましくは、酸素欠乏雰囲気下に２００〜８５０℃、より好ましくは３００〜６００℃で加熱することにより得られるものである。

前記洗浄液は、好ましくは、前記加熱残渣を複数回洗浄することにより得られたものである。

前記洗浄液は、好ましくは、ｐＨ７．５以上のアルカリ性溶液である。

上記本発明の方法は、好ましくは、スクラバーを用いて二酸化炭素を吸収するものである。

また、本発明は、畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を水で洗浄することにより得られる、二酸化炭素の吸収・回収用の洗浄液である。

本発明の方法は、畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を水で洗浄することにより得られる洗浄液を排ガス中の二酸化炭素を吸収・回収するために利用するので、コストを要する新規薬品を追加することなく排ガス中の二酸化炭素を除去するシステムを構築することができる。このような洗浄液を利用するシステムは廃棄物の再利用という観点からも持続可能性のある技術と言える。

以下、図面を参考にしながら本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の方法を行うために使用される装置群の一例である。

本発明の方法を実施するに際し、まず、蓄糞または蓄糞堆肥（以下、簡単のため「蓄糞等」と称する）を焼却（空気中の高酸素雰囲気下）または炭化（低酸素雰囲気下、２００〜８５０℃の温度）するための焼却炉あるいは炭化炉（以下、簡単のため、「焼却炉」と称する）（１）において、蓄糞等を焼却灰または炭化物である加熱残渣とする。

次いで、得られた加熱残渣を洗浄槽（２）に投入する。

洗浄槽（２）には水が充填されており、洗浄槽（２）内を十分に攪拌することにより、加熱残渣に含まれる有用成分であるカリウムが水中に抽出される。こうして得られたカリウムを含有する水は、排ガス中の二酸化炭素を吸収させる洗浄液として使用される。抽出後の残渣は、コンベア（３）によって外部に排出される。

一方、蓄糞等を焼却炉（１）で燃焼等させて発生した排ガスは、排ガス二次燃焼炉（４）にて二次燃焼処理に付される。

吸収塔（５）は、排ガス中の二酸化炭素を吸収・除去するための施設であり、例えば、スクラバーが挙げられる。吸収塔（５）には、バイオマス発電、炭化物製造装置等からの二酸化炭素含有排ガスが導入される。また、上記二次燃焼炉（４）からの排ガスは、水、窒素、二酸化炭素を主として含んでいるので、二酸化炭素を吸収・除去するために、これも吸収塔（５）に導入される。

上記いずれの排ガスも、吸収塔（５）の内部に導入され、充填材層（５ａ）を通過し、その頂部から排出されるようになっている。充填材層（５ａ）に充填される充填材は特に限定されるものではないが、ＣＯ_２ガスの当該吸収液への吸収率向上を目的とした充填材、例えばラシヒリングやテラレット等が充填される。

また、吸収塔（５）には、洗浄槽（２）で作製された洗浄液が導管を通じて吸収塔（５）に入り、内部に散布される。散布された洗浄液は、充填材層（５ａ）を通過して下方に浸透し、吸収塔（５）の底部に貯まる。洗浄液が下方に移動するに従って、洗浄液中のカリウム成分は、上昇する排出ガスと接触することにより、排出ガス中の二酸化炭素と下記（１）式により反応し、排ガス中の二酸化炭素は洗浄液中に吸収される。

ＣＯ_２＋ＫＯＨ → ＫＨＣＯ_３・・・（１）
このようにして二酸化炭素が吸収されるため、吸収塔（５）から排出される排出ガスは、二酸化炭素濃度１％以下になる。

二酸化炭素を吸収した洗浄液は、加熱器（６）において熱交換された後、
導管を通じて再生塔（７）の内部に散布される。再生塔（７）内には、充填材を充填した充填層（７ａ）が設けられており、洗浄液は、充填材層（７ａ）を経て下方に向かう。充填材層（７ａ）に充填される充填材は特に限定されるものではないが、効率のよい熱交換を目的とした充填材、例えばラシヒリングやテラレット等が充填される。

再生塔（７）の底部に貯まった二酸化炭素含有の洗浄液は、蒸気等の加熱媒体によって１２０℃程度に加熱される。この加熱によって、下記（２）式に従って二酸化炭素が生じる。

２ＫＨＣＯ_３ → ＣＯ_２＋Ｋ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ・・・（２）
生じた二酸化炭素は、再生塔（７）の頂部から排出される。排出される二酸化炭素は高濃度であり、圧縮・液化されて再利用に供されるか、あるいは地中に貯留される。

二酸化炭素が除去された後の再生塔（７）の底部の洗浄液は、上記（２）式に示すように炭酸カリウム含有水溶液であるが、この水溶液も、下記（３）（上記（２）式の逆式）に示すように、二酸化炭素を吸収するための洗浄液として利用することができるので、再度、加熱器（６）において、再生塔（７）に入ることになる吸収塔（５）からの二酸化炭素含有洗浄液と熱交換した後に、吸収塔（５）内に散布される。

ＣＯ_２＋Ｋ_２ＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ → ２ＫＨＣＯ_３・・・（３）
したがって、カリウム含有の洗浄液は、複数回にわたって二酸化炭素を吸収するために用いることができる。

焼却または炭化処理される蓄糞等としては、有用成分であるカリウムをより多く取り出すことができるという点で、植物由来のカリウムを多く含む蓄糞等であることが好ましい。発明者が別途行った実験によると、豚糞堆肥を８００℃で燃焼させた場合、その焼却灰に含まれるカリウム濃度は、Ｋ_２Ｏの重量換算で約９％であり、また、同じ試料を酸素低雰囲気下５００℃で炭化した後の炭化物に含まれるカリウム濃度はＫ_２Ｏ換算で約６％であった。

また、得られた炭化物を１０倍量の重量の水に入れ、振とうし、ろ過した後、ろ液のカリウム濃度を測定したところ、炭化物に含まれるカリウムの約２５％が水に溶出することが分かった。また、蓄糞等の試料を燃焼炉で燃焼または炭化させ、その後、洗浄槽に供給する場合、例えば、１００ｇの炭化物には６ｇのＫ_２Ｏが含まれ、これを水に溶かすと１．５ｇ（２５％）が溶出するが、水が炭化物の１０倍量である１ｋｇであるので、溶出液中のＫ_２Ｏ濃度は１．５ｇ／Ｌ＝０．１５％となる。この溶液に、さらに新たに炭化物を入れてＫ_２Ｏを溶出させると、溶出液のＫ_２Ｏ濃度は倍の０．３％となる。このような溶出操作を１００回繰り返すと計算上Ｋ_２Ｏ濃度は１５％になる。このような操作を行えば、一般的な熱炭酸カリ法で使用されるカリウム濃度１４〜１７重量％（Ｋ_２Ｏとして）の洗浄液を比較的容易に作製することができることが分かる。また、このようにして作製された洗浄液は、ｐＨ７．５以上のアルカリ性であり、ｐＨ調整のために特に別の試薬を添加することもなく、二酸化炭素を吸収するのに適したｐＨを有している。

なお、燃焼炉（１）が炭化炉である場合、タービンやエンジンなどの発電装置を取り付けて排ガスを扱うことも可能である。

本発明の方法を行うために使用される装置群の一例である。

符号の説明

１燃焼炉
２洗浄槽
３コンベア
４排ガス二次燃焼炉
５吸収塔
６加熱器
７再生塔

Claims

畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を水で洗浄することにより得られる洗浄液を燃焼排ガスと接触させることにより該洗浄液に燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、次いで、二酸化炭素を吸収した洗浄液から二酸化炭素を回収する方法。
前記加熱残渣は、空気雰囲気下に燃焼することにより得られるものである、請求項１に記載の方法。
前記加熱残渣は、酸素欠乏雰囲気下に２００〜８５０℃で加熱することにより得られるものである、請求項１に記載の方法。
前記洗浄液は、前記加熱残渣を複数回洗浄することにより得られたものである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
前記洗浄液は、ｐＨ７．５以上のアルカリ性溶液である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
スクラバーを用いて二酸化炭素を吸収する、請求項１に記載の方法。
畜糞または畜糞堆肥の加熱残渣を水で洗浄することにより得られる、二酸化炭素の吸収・回収用の洗浄液。