JP2010194530A - Co2除去方法とco2除去装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】経済性が期待出来るCaO(消石灰)の粉体を用いるものでありながら、優れたCO除去効率を発揮できるようにすること。
【解決手段】CO含有ガスの吸引径路中に、生石灰の微粉を注入し、水を噴霧し、水酸化カルシウムを生成すると供に水酸化カルシウムの微粉を、第1の反応塔のチャンバー内に設けた濾布により濾過し、前記水酸化カルシウムを濾布の通気方向上手側の表面に堆積させて、COとの反応を継続させ、パルスジェットを間歇的に噴射することによって、濾布から払い落として反応塔のチャンバーの外部に回収する。
【選択図】図2

Description

本発明は、排気ガスを放出する工場、内燃機関のテスト運転工場、その他のCOを排出する設備等に対して、COの大気放出を削減するためのCO除去方法とCO除去装置に関する。
排気ガスを放出する工場、内燃機関のテスト運転工場においては、その排気ガスに多量のCOが含まれ、これがそのまま大気に放出されることで大きな環問題となっている。
CO削減は、法規制が成されている通り、世界的な要求でもある。これまで、CO削減として、種々の対処索が提案されているが、中でも、化学的反応を利用する方法、プラズマ、或いは吸着方法等が多い。
こうしたCO2除去技術、特に化学的反応を利用した技術としては、
特開平2000−197810、 特開平2002−79035、 特開平2002−79035、 が挙げられる。
上記引用文献1においては、最も一般的なCaO(生石灰)を用いた化学的反応を用いるCO除去方法が提案されている。こうしたCO2除去方法は安価に実施可能である。CaO(生石灰)を用いた化学的反応を利用する場合、上記引用文献1のように、CaO(生石灰)を粉体(表面付着水)として用い、ここに排気ガスを通過させて両者を接触させるようにする場合と、CaO(生石灰)を水に溶解して用い、ここに排気ガスを吹き込んで通過させるようにする場合がある(バブリング方式)。反応効率としては、後者のCaO(生石灰)を水に溶解した液体に排気ガスを吹き込んで通過させるバブリング方式が優れている。その他、CaO(生石灰)を水に溶解した液体を、排気ガス中に吹き込むことで化学的反応を生起させるといった方法も採られている(シャワー方式)。
上述したCaO(消石灰)を用いる方法は、安価で確実であり、従って、この種のCO除去の手段手段として好ましいもので、本発明についても、かかるCaO(消石灰)を用いる方法についての改善を図るものである。
しかし、引用文献1のように、CaO(消石灰)を粒子化して反応塔に収容し、これを流動層として、ここに下方から排ガスを通過させる方法では、灰ガスがその流動層を抜けるまでが反応時間ということになる。この際、CaO(消石灰)の粉体と排ガスとの接触効率を高めるために、粒度を高めると、堆積された流動層の通気抵抗は格段に上昇することになり、大きな負荷を発生して排ガスの吸引エネルギーが増大することになり、逆に流動層を浅くすると、その排ガス通過か時間が短くなって、COとの十分な反応が得られ難くなるという問題がある。
また、化学反応が進行したCaO(消石灰)の粉体を、所定の時期に外部に排出し、新たな粉体を供給しなければならないが、粉体が流動層であるため、化学反応が進行している粉体が排出されるとは限らず、反応効率に問題が残るものである。
本発明は、経済性が期待出来るCaO(消石灰)の粉体を用いるものでありながら、CO含有ガスとの化学反応の時間を十分に確保でき、且つ、CO含有ガスとの接触効率に優れ、優れたCO除去効率を発揮できるところのCO除去方法とCO除去装置を提供することを目的とする。
本発明にかかるCO除去方法は、上記目的を達成するために、
排風機によってダクトを通してCO含有ガスを吸引し、
吸引径路中に、生石灰の微粉を注入すると供に水を噴霧し、
生石灰の微粉と水とを化学反応させて水酸化カルシウムを生成すると供に前記CO含有ガスのCOと反応させ、
この反応が行われているCO含有ガスと、水酸化カルシウムの微粉を、第1の反応塔のチャンバー内に設けた濾布により濾過し、
前記水酸化カルシウムを濾布の通気方向上手側の表面に堆積させて、前記排風機によって吸引されてくるCO含有ガスのCOとの反応を継続させ、
反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、濾布の通気方向下手側から上手側に向けてパルスジェットを間歇的に噴射することによって、濾布から払い落として反応塔のチャンバーの外部に回収する、
ことを特徴とする。
また、本発明にかかるCO除去装置は、上記目的を達成するために、
ダクトを通してCO含有ガスを吸引して排出する排風機と、
吸引径路中に生石灰の微粉を注入する生石灰微粉注入手段と、
更に、吸引径路中に水を噴霧する水噴霧手段と、
前記吸引径路に接続され、チャンバー内に濾布が設けられた反応塔と、
反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、間歇的に払い落とすパルスジェット手段と、
払い落とされた消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を反応塔のチャンバーの外部に回収する排出手段とを備えた、
ことを特徴とする。
本発明において、CO含有ガスとは、内燃機関のテスト運転工場、溶解炉を備えた鋳造工場、製鋼所、焼却場等、炭素含有の燃料を燃焼させる排ガスのすべてを対象とする。
また、本発明に言う濾布とは、テフロン等の化学繊維による不織布が主流のもので、例えば、目付けが1平米当たり数百gで、濾過性能として、粉体の粒径が数ミリから100ミクロン程度のものを通過阻止できればよい。
更に、パルスジェットとは、集塵機等において使用される濾布に対する粉塵の付着を払い落とすために用いる圧縮空気の間歇的噴射で、これを濾布に当てることで濾布を振動させ、付着塵埃を払い落とす手段で、それ自体は公知のものである。
また、濾布の通気方向下手側とは、CO含有ガスが濾布を通過する方向で、濾布を通過したところが下手側であり、その反対側が上手側である。
本発明にかかるCO除去方法及びCO除去装置によれば、濾布を備えた反応塔で、その濾布の表面にCaO(消石灰)の粉体を係止、堆積させることで、COとの反応時間を十分に確保でき、また、濾布の広い表面を利用することで、CaO(消石灰)の粉体を分散して堆積させて行くことで、CO含有ガスとの接触効率を高め、且つ、間歇的にパルスジェットでもって払い落としすることで、反応が進行した消石灰の微粉(及び未反応の生石灰の粉体)を濾布から剥離させ、反応塔外に回収することができ、続くCaO(消石灰)の粉体の濾布への係止、堆積を新たに行うことで、常にCO含有ガスとの反応効率を高く維持できる利点がある。実験によれば、少なくとも40%〜60%前後、反応塔が二段方式になれば、80%から90%の除去が可能となった。
勿論、排気ガスに含まれる塵埃についても、濾布によって消石灰の微粉と供に除去することができる。
本発明にかかるその他の具体的な効果は、以下の説明から明らかになるであろう。
本発明の実施に際しは、次のようにすることが好ましい。
先ず、前記反応塔の手前側にプレ反応塔を設け、水酸化カルシウムとCO含有ガスのCOとの反応を促進することが好ましい。
このように、前記反応塔の手前側にプレ反応塔を設けることで、水酸化カルシウムとCO含有ガスのCOとの反応の時間を長く確保することができて、除去効率を高めることができる。
次いで、前記反応塔を通過したCOの減少したCO含有ガスに対し、更に、生石灰の微粉と水とが吹き込まれ、水酸化カルシウムを生成してCOの減少したCO含有ガスのCOと反応させ、先の反応塔と同様の濾布による濾過機能を備えた第2の反応塔に導いて、その濾布表面で化学反応を継続させ、CO含有ガスのCOを段階的に大幅に減少させるようにすることが好ましい。
このように、反応塔を二段方式で用いることで、一度COが除去されたCO含有ガスに対し、再度、生石灰の微粉と水とを吹き込むことで、更に、COの除去を行うことができて、COの除去効率を大幅に改善できる。
この二段方式の実験によれば、CO除去率が改善され、少なくとも80%から90%の除去が可能となった。
更に、前記生石灰の微粉が、先ず、第2の反応塔に対して供給され、ここから回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉が第1の反応塔に供給されるのが好ましい。
このように、二段方式の反応塔を用いる場合に、下手側に位置する第2の反応塔に新しい生石灰の微粉を供給して、CO含有ガスの最終的な放出の前に、反応を確実に進行させて除去効率を高いものにすることができ、ここから回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰を、上手側の反応塔に供給させることで、大量に含有されているCOと少ない未反応の生石灰との反応が行われ易いものであるので、全体としての除去効率を下げることなく、生石灰の微粉の経済性を高いものにすることができる。
更に、前記生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上であり、前記濾布の濾過性能が100ミクロン以下であるのが好ましい。
実験によれば、このような数値の生石灰の微粉と、濾過性能をもつ濾布を用いることで、CO除去効率を高いものとし、消費する生石灰の微粉の量を最小のものとすることができた。
更に、装置として、前記生石灰の微粉が、先ず、第2の反応塔に対して供給する供給手段と、第2の反応塔から回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を第1の反応塔に供給する供給手段とを備えているのが好ましい。
このように、供給手段、例えば、実施例のように、エアーフロー方式を設けるだけで、回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を有効に再利用することができる。
また、前記生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上であり、前記濾布が目付け400g/mから500g/mのものであるのが好ましい。
このように、生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上、前記濾布が目付け400g/mから500g/mのものとすることで、実験によれば、優れたCO除去効果を発揮することができた。
本発明にかかるCO除去方法及び除去装置の好適実施例について、以下図面に基づいて詳述する。
ここでは、CO含有ガスの発生源として、内燃機関のエンジンテスト室を対象としている。図1では、先ず、基本原理として一段だけの反応塔を用いて説明する。
図1は、CO除去方法を説明するためのフローチャートである。外部に設けられた排風機5から、エンジンテスト室1の排気ガス(CO含有ガス)をダクトを用いて吸引する。エンジンテスト室1にダクトを介してプレ反応塔2に接続される。当該プレ反応塔2は、長い通路を有する箱体である。前記プレ反応塔2の手間において、生石灰(CaO)の微粉が投入されると供に水が噴霧されて、前記生石灰の微粉の表面に付着し、当該表面に水酸化カルシウム(Ca(OH)が生成され、前記排気ガス(CO含有ガス)と接触して化学反応を生じ、消石灰が生成される。
このような反応は、前記プレ反応塔2において進行するが、続く、(第1の)反応塔3に引き継がれる。この反応塔は、やはり箱体で、内部に濾布4が設けられている。その濾布4の表面に、前記生石灰の微粉が暫時堆積されて行き、続く排気ガス(CO含有ガス)との接触が継続して、水酸化カルシウム(Ca(OH)との反応が進行する。
次いで、前記濾布4に対しては、間歇的にパルスジェット6が作用して、濾布4を振動させ、その表面に堆積、付着した消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を払い落とす。
落下した微粉は、この反応塔3外に排出され、回収されてしかるべく処理される。
尚、反応塔3に、80℃乃至100℃の温度を付与できるヒーターを敷設し、上記排気ガス(CO含有ガス)と水酸化カルシウム(Ca(OH)との反応がより効率よく進行するように図る。
従って、CO除去方法は、排風機5によってダクトを通してCO含有ガスを吸引し、吸引径路中に、生石灰の微粉を注入すると供に水を噴霧し、生石灰の微粉と水とを化学反応させて水酸化カルシウムを生成すると供に前記CO含有ガスのCOと反応させ、この反応が行われているCO含有ガスと、水酸化カルシウムの微粉を、(第1の)反応塔3のチャンバー内に設けた濾布4により濾過し、前記水酸化カルシウムを濾布4の通気方向上手側の表面に堆積させて、前記排風機5によって吸引されてくるCO含有ガスのCOとの反応を継続させ、反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、濾布4の通気方向下手側から上手側に向けてパルスジェット手段6を間歇的に噴射することによって、濾布4から払い落として反応塔3のチャンバーの外部に回収するようにして実施される。
そして、前記反応塔3の手前側にプレ反応塔2を設け、水酸化カルシウムとCO含有ガスのCOとの反応が出来るだけ長く行い得ることで、反応を促進するようにしている。また、前記生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上であり、前記濾布4の濾過性能が100ミクロン以下(目付け400g/mから500g/m)のものが用いられている。生石灰の微粉の使用量は、循環を前提としてCO含有ガスのCOの風量1m当り、0.5g乃至5g程度である。
次に、CO除去装置について、図2乃至図5に基づいて詳述する。ここでは、反応塔が二段方式となっている。図示省略したエンジンテスト室のエンジンの排気ガス(CO含有ガス)を、ダクトを介して吸引して大気に排出するための排風機5が、外部に設けられている。
図示省略のエンジンテスト室に繋がるダクト10が、第1のプレ反応塔2Aに接続される。この第1のプレ反応塔2Aは、縦長の箱体で、排気ガスの通路が長く形成されるように、上下に伸びる区画壁2Cが内部に設けられている。従って、第1のプレ反応塔2Aに入ったCO含有ガスは、この区画壁2Cに沿って下方に移動し、その下端部を迂回して上昇し、第1の反応塔3Aに至る。
前記第1のプレ反応塔2Aに先行して、吸引径路中、ここでは、前記ダクト10に生石灰の微粉を注入する生石灰微粉注入手段11が、第1の反応塔3Aに設けられている。この生石灰微粉注入手段11は、ここでは、エアーフローにより生石灰微粉を搬送し、パイプ12を介して、前記ダクト10に供給するように構成したものである。前述の生石灰微粉とは、この実施例では、後述する第2のプレ反応塔2Bから回収した反応済みの消石灰と未反応の生石灰との混在物である。そして、前記生石灰の微粉は、ここでは、粒径が1mm以下100ミクロン以上のものが用いられている。
更に、吸引径路中、即ち、ダクト10に水を噴霧する水噴霧手段13が設けられている。この水は高圧で噴霧されるものであり、前記同様に第1の反応塔3Aに設けられ、前記生石灰の微粉と供に前記ダクト10に注入、噴射されるように構成されている。この実施例では、水噴霧手段13と生石灰微粉注入手段11とが一体化した構成、即ち、生石灰の微粉と水が混合された状態でダクト10に吹き込む構成とされているが、夫々、別体構成としてもよい。水の噴霧は、前記生石灰微粉の表面に付着して、水酸化カルシウムを生起させる量であれば適量でよいが、ここでは、生石灰微粉が溶解する程度の余分な水量が噴霧されている。生石灰微粉がこのような水分過多の状態となっても、後述する濾布4に堆積した状態での通気性については、実施の結果は、問題はないものであった。
そして、前記第1のプレ反応塔2Aに繋がる第1の反応塔3Aは、箱体で、内部が区画されて複数室、ここでは、5室を備え、各室(チャンバー)には、排出側にダンパー24が夫々備えられ、個別に操作されて、各室が通気に対して、選択的にON状態とOFF状態とに切り替えることができる構成とされ、その機能は、オンライン、オフライン切り替え機能を備えた集塵機と略同一のものである。
そして、各チャンバー内に複数の濾布4が設けられている。この濾布4は、略袋状に形成されており、その袋状の外側から内側へと通気するように、夫々フレームで保持されている。濾布4のガス通過速度は、0.5〜1m程度である。
ここでは、前記濾布4は、テフロンの不織布で、目付けが400g/mのものであり、その濾過性能は、10ミクロン乃至100ミクロンのものである。
前記各濾布4に対応させて、その袋状の内部に圧縮空気を噴射するパルスジェット手段6が設けられており、これによって、反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、間歇的に払い落とすように構成されている。このパルスジェット手段6は、前記ダンパー24がオフライン(閉鎖)に作動したチャンバーの濾布4に対して噴射されるものであり、前記ダンパー24がオンライン(開放)となっているチャンバーの濾布4に対しては、噴射を行わない。
また、払い落とされた消石灰の微粉の微粉を第1の反応塔3Aのチャンバーの外部に回収する排出手段15が設けられており、ここでは、前記反応塔の下部に設けられたスクリュー型排出機で構成されている。
この排出手段15(スクリュー型排出機)の一端の回収用排出口(スクリューの一方向回転時)には、ホッパー16と、ロータリーバルブ17が接続され、且つ、ブロア18によってエアーフローにより搬送する搬送機構が設けられている。この排出された消石灰の微粉の微粉は、回収ホッパー19に搬送され、その下部に設けた同様のスクリュー型排出機20によって、所定の間歇作動により、搬送車両等に排出されて処理される。
また、前記排出手段15(スクリュー型排出機)の他端の循環用排出口(スクリューの他方向回転時)には、ホッパー16′と、ロータリーバルブ17′が接続され、且つ、ブロア18によってエアーフローにより搬送する搬送機構が設けられ、パイプ12を通して、前記ダクト10に循環投入されるように構成されえちる。
上記第1の反応塔3Aには、第2の反応塔3Bが、第2のプレ反応塔2Bを介して接続されている。従って、第1の反応塔3Aを通過した排気ガスは、第2の反応塔3Bを通過してから排風機5に至り、大気に放出されることになる。
第2の反応塔3B及び第2のプレ反応塔2Bの構造は、夫々、第1の反応塔3A及び第2のプレ反応塔2Aと同じ構成であり、既に上述した通りであるので、その説明は省略する。
上記第2の反応塔3Bに対して生石灰の微粉を供給する供給手段21が設けられている。この供給手段21は、新しい生石灰の微粉を貯蔵するホッパー21Aと、これを第2の反応塔3Bに対して送り込むブロア搬送装手段21Bとから構成されている。
このブロア搬送装手段21Bによって、パイプ12′を介して送られた新らしい生石灰の微粉は、前記第2の反応塔3Bの生石灰微粉注入手段11及び水噴霧手段13(同様に生石灰微粉注入手段11と一体化構成)に搬送され、前記第1の反応塔3Aと第2の反応塔3Bとを連結する連結ダクト22に、噴射、供給され、第2のプレ反応塔2Aを経て、第2の反応塔3Bに至る。これにより、前記第1のプレ反応塔2A及び前記第1の反応塔3Aと同様に、前記生石灰の微粉に水酸化カルシウムを生起させ、CO含有ガス(排気ガス)との化学反応を行わせるのである。
前記第2の反応塔3Bの下部には、第1の反応塔3Aと同様に、スクリュー型排出機の排出手段15が設けられ、その循環用排出口(スクリューの他方向回転時)には、搬送機構として、ホッパー16と、ロータリーバルブ17が接続され、且つ、ブロア18によってエアーフローにより、前記連結ダクト22に、排出された反応済みの消石灰及び未反応の生石灰の微粉が環流投入されるように構成されている。
また、スクリュー型排出機の排出手段15の回収用排出口(スクリューの一方向回転時)には、同様に、排出された消石灰及び未反応の生石灰の微粉を搬送する搬送機構として、ホッパー16′と、ロータリーバルブ17′が接続され、ブロア18によってエアーフローにより、第1の反応塔3Aの水噴霧手段13と生石灰微粉注入手段11へ搬送するように構成されている。
このように、生石灰の微粉を供給する供給手段21から、先ず、第2の反応塔3Bに供給され、一部は、前記連結ダクト22に環流されると供に残りは、第1の反応塔3Aに供給され、第1の反応塔3Aから排出された消石灰及び未反応の生石灰の微粉は、その一部が前記ダクト10に環流されると供に残りは、回収ホッパー19に搬送され、回収処理されるのである。これによって、生石灰の微粉は、反応が十分に行われた後に回収処理されることになる。
従って、上述の二段式の反応塔によれば、第1の反応塔3Aで、約40から60%のCO除去が可能であり、第1の反応塔3Aを経由すると、80から90%のCO除去が可能となっている。
本発明のCO除去方法及びCO除去装置は、炭素を燃焼材料とする各種の工業分野において発生する燃焼ガスに含まれるCOの除去を行い得るので、その応用範囲は広い。

本発明にかかるCO除去方法のプロセスを示すフローチャート。 本発明にかかるCO除去装置の正面図。 本発明にかかるCO除去装置の平面図。 本発明にかかるCO除去装置の一側面図。 本発明にかかるCO除去装置の他側面図。
2A:第1のプレ反応塔
2B:第2のプレ反応塔
3A:第1の反応塔
3B:第2の反応塔
4:濾布
5:排風機
10:ダクト
11:生石灰微粉注入手段
13:水噴霧手段

Claims (8)

  1. CO含有ガスからCOを除去する方法であって、
    排風機によってダクトを通してCO含有ガスを吸引し、
    吸引径路中に、生石灰の微粉を注入すると供に水を噴霧し、
    生石灰の微粉と水とを化学反応させて水酸化カルシウムを生成すると供に前記CO含有ガスのCOと反応させ、
    この反応が行われているCO含有ガスと、水酸化カルシウムの微粉を、第1の反応塔のチャンバー内に設けた濾布により濾過し、
    前記水酸化カルシウムを濾布の通気方向上手側の表面に堆積させて、前記排風機によって吸引されてくるCO含有ガスのCOとの反応を継続させ、
    反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、濾布の通気方向下手側から上手側に向けてパルスジェットを間歇的に噴射することによって、濾布から払い落として反応塔のチャンバーの外部に回収する、
    ことを特徴とするCO除去方法。
  2. 前記反応塔の手前側にプレ反応塔を設け、水酸化カルシウムとCO含有ガスのCOとの反応を促進する、ことを特徴とする請求項1に記載のCO除去方法。
  3. 前記反応塔を通過したCOの減少したCO含有ガスに対し、更に、生石灰の微粉と水とが吹き込まれ、水酸化カルシウムを生成してCOの減少したCO含有ガスのCOと反応させ、先の反応塔と同様の濾布による濾過機能を備えた第2の反応塔に導いて、その濾布表面で化学反応を継続させ、CO含有ガスのCOを段階的に大幅に減少させるようにした、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のCO除去方法。
  4. 前記生石灰の微粉が、先ず、第2の反応塔に対して供給され、ここから回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉が第1の反応塔に供給される、ことを特徴とする請求項3に記載のCO除去方法。
  5. 前記生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上であり、前記濾布の濾過性能が100ミクロン以下である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のCO除去方法。
  6. CO含有ガスからCOを除去するCO除去装置であって、
    ダクトを通してCO含有ガスを吸引して排出する排風機と、
    吸引径路中に生石灰の微粉を注入する生石灰微粉注入手段と、
    更に、吸引径路中に水を噴霧する水噴霧手段と、
    前記吸引径路に接続され、チャンバー内に濾布が設けられた反応塔と、
    反応によって生成された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を、間歇的に払い落とすパルスジェット手段と、
    払い落とされた消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を反応塔のチャンバーの外部に回収する排出手段とを備えた、
    ことを特徴とするCO除去装置。
  7. 前記生石灰の微粉が、先ず、第2の反応塔に対して供給する供給手段と、
    第2の反応塔から回収された消石灰の微粉及び未反応の生石灰の微粉を第1の反応塔に供給する供給手段とを備えている、
    ことを特徴とする請求項6に記載のCO除去装置。
  8. 前記生石灰の微粉の粒径が1mm以下100ミクロン以上であり、前記濾布が目付け400g/mから500g/mのものである、ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のCO除去装置。
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