JP2011120974A

JP2011120974A - 二酸化炭素削減装置及び二酸化炭素削減方法

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Publication number: JP2011120974A
Application number: JP2009278938A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shiraishi; 理白石
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】焼却炉等から排出される燃焼ガス中の二酸化炭素を、マイクロバブル発生器を用いて他の物質に化学変化させることにより二酸化炭素の大気中への放出を抑制する。
【解決手段】本発明に用いるマイクロバブル発生器は、テーパー部３ｂ内にスパイラル３ｆが設けてある本体部１と、先端が部分的に穴部に嵌合する状態に設けてある気体導入管５とを組み合わせたものからなる。本体部３の入り口から水酸化カルシウムを供給するとともに、気体導入管の入り口から二酸化炭素を含む燃焼ガスを供給可能としてある。テーパー部３ｂ内で高速旋回流により燃焼ガスをマイクロバブル化し、これを溶解した流体は本体部３内を移動中に水酸化カルシウムと燃焼ガス中の二酸化炭素を化合させ、炭酸カルシウムと水に化学変化させる。炭酸カルシウムと水を含んだ第３流体Ｆ３は、二酸化炭素吸収槽１５内に放出され、さらに次の工程で炭酸カルシウムとそれぞれの物質に分離する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ゴミ焼却炉等の排ガスをマイクロバブル発生器により二酸化炭素を他の物質に化学変化させることにより大気中への二酸化炭素の排出を抑制するマイクロバブル発生器を用いた二酸化炭素削減装置及び二酸化炭素削減方法に関するものである。

周知の通り、二酸化炭素の環境に及ぼす影響は地球規模で問題となっており、国際間においても二酸化炭素の削減問題は大きな課題となっている。このような課題の下で二酸化炭素の削減手段としては、エネルギー消費量の抑制、太陽熱や風力等のクリーンなエネルギーの利用による化石燃料からの脱却など一般的な取り組みがなされている。

また、二酸化炭素を排出する企業においては、自己の二酸化炭素排出量をいかに少なくするかについての努力がなされており、多数の提案がなされている。その第1例として、排ガスを導入する排ガス分解塔内で吸着剤を混入したシャワー液によって排ガスを洗煙、冷却し、排ガス分解塔内に段状に配置した複数の堰盤の落下孔を順次経ることで吸着剤に有害有分を吸着させ、気液分離機構にて分離したガス成分は、吸着分離塔内に排気導出し、吸着溶解したシャワー廃液によって排ガスを再度洗浄し、シャワー廃液は濾過装置に落下させる一方、ガス成分を上昇させて吸着体を充填したフィルター盤を順次経ることで有害成分、湿気分を吸着し、清浄にした排気を外部に排出するようにした焼却炉等における排ガス等の有害物質の除去方法及びその除去装置がある（特許文献１）。

その第２例として、流体流を、第１成分、第２成分及び水を含むスラビング材と接触させることによって流体流中の二酸化炭素を削減する工程を含み、第１成分が第２成分と異なり、第１成分が酸化カルシウム源及びアルカリ金属イオン源を含み、第２成分が１つ以上の反応性ケイ酸塩化合物を有するスラグを含むことを特徴とする二酸化炭素含有流体流から二酸化炭素を除去する方法がある（特許文献２）。

また、多くの研究機関においては、マイクロバブルやナノバブルの研究が進み、これらのバブルの応用が多数発表されている。この中においても二酸化炭素の削減を可能にする技術にも触れている。マイクロバブルを応用して二酸化炭素を削減する技術については、次のような先行技術が見受けられる。これは炭酸ガスをマイクロバブル化して水中に分散させ海洋又は地底に登記するか、水中に分散させ、効率よく液体炭酸ガス化し、液体炭酸ガス又は炭酸ガスハイドレードをマイクロ粒にした後、海洋又は地底に投棄・隔離することにより火力発電所等の工場から排出される二酸化炭素を処理するものである（特許文献３）。

特開平１１―１６５０２５号公報特開２００９―５２９４０８号公報特開２００４−５０１６７号公報

上記先行技術の第１例及び第２例は、二酸化炭素を除去するための装置ないしは方法であるが、二酸化炭素の除去だけでいずれも大規模な装置を必要とするものであるため、二酸化炭素削減に対するコスト上の問題がある。また、第３例はマイクロバブルを利用したものではあるが、炭酸ガス(二酸化炭素)を水中でマイクロバブル化して分散してから投棄等の処理をしようとするもので、炭酸ガス自体を削減するものではなく、いずれは地表に現れるものであり、その点で不完全な処理方法である。本発明は、マイクロ（ナノ）バブルの特殊効果の１つとして知られている化学反応進行を利用して二酸化炭素の固定化を実現し、既存のゴミ焼却炉等の排ガスシステムに設置することにより低コストにより二酸化炭素を削減することを意図するものである。

上記の課題を解決するために本発明は、以下の手段を採用することにより以下の作用効果を生じるようにした。請求項１に記載した発明の二酸化炭素削減装置は、大径部と小径部との間に下流側を細くするテーパー部を有し、このテーパー部内には軸線に沿った穴部を有するスパイラルが設けてある本体部と、上記の大径部の側部に挿着してあるとともに先端が部分的に上記の穴部に嵌合する状態に設けてある気体導入管とを組み合わせてマイクロバブル発生器としたものを用い、上記の本体部の入り口は液体としての水酸化カルシウムの供給管に接続可能としてあり、上記の気体導入管の入り口には気体としての二酸化炭素を含む燃焼ガスの供給管に接続可能としてあるところに特徴がある。

本発明は、本体部に液体である第１流体を供給し、気体導入管から気体である第２流体を供給して合流させることにより、内部にスパイラルが設けてあるテーパー部内で高速旋回流を起こさせ、これによりマイクロバブルを発生可能とするマイクロバブル発生器を構成した。本発明は、このマイクロバブル発生器を二酸化炭素削減装置に応用したものである。ここでは、本体部に供給される液体を第１流体とし、その供給圧力は大気圧以上とする。そして気体導入管から供給される気体を第２流体とすると、第１流体中に進入可能とするためには、第２流体の供給圧力はこれよりもさらに高い圧力にする必要がある。本体部から供給された第１流体はテーパー部内で、徐々に細くなるスパイラルにより旋回流となり、かつ加速されるようになっている。また第２流体は第１流体の旋回流の中心部に沿ってさらに高い圧力で放出されるが、第２流体はテーパー部内で気泡化する。これらの気泡は第１流体の旋回流に揉まれながら第１流体とともに移動し、移動中に第１流体の旋回流の高速化に伴い、上記の気泡は千切られ、細分化し、テーパー部の出口付近に達する頃にはマイクロバブル化する。

上記の本体部の入り口を第１流体である液体としての水酸化カルシウムの供給管に接続し、上記の気体導入管の入り口を第２流体である気体としての二酸化炭素を含む燃焼ガスの供給管に接続してあれば、上記のマイクロバブルは二酸化炭素を含む燃焼ガスが微細気泡化したものである。マイクロバブルにより、二酸化炭素は水酸化カルシウムと化学反応を起こして、炭酸カルシウムと水に変化する。これにより燃焼ガス中の二酸化炭素は消滅し、副産物としての炭酸カルシウムを回収可能とする。

請求項２に記載した発明のマイクロバブル発生器による二酸化炭素削減方法は、請求項１に記載した発明を作用面からとらえたものである。この発明は、請求項１に記載したマイクロバブル発生器を用いて燃焼ガス中の二酸化炭素を除去するものである。この二酸化炭素削減方法は上記の本体部に水酸化カルシウムを供給するとともに、上記の気体導入管から二酸化炭素を含む燃焼ガスを水酸化カルシウムの供給圧力よりも高圧で供給する。上記のテーパー部内で燃焼ガスを水酸化カルシウムと合流させることにより燃焼ガスを気泡化させ、上記のテーパー部内に設けてあるスパイラルに沿って流れることにより高速旋回させ、流体中で発生した気泡を細分してマイクロバブルを発生させる。こうして発生したマイクロバブルは流体中に溶解し、移動しながら水酸化カルシウムと二酸化炭素を下記の化学式のとおり化学変化させることにより炭酸カルシウムと水に化学変化させる。
Ca(OH)₂＋CO₂→CaCO₃＋H₂O

これらの炭酸カルシウムと水とは未化合の水酸化カルシウムとともに、これらの成分を分離するために設けてある本発明外の回収装置等に送り出され、炭酸カルシウムを分離回収することにより空気中に放出される二酸化炭素を削減する。これとともに、炭酸カルシウムを石膏ボードなどの建築資材として有効利用可能とする。

本発明は、マイクロバブル発生器を利用して水酸化カルシウムと二酸化炭素とを化学変化させて炭酸カルシウムと水とにすることにより環境に有害な二酸化炭素を他の物質として得ることにより、二酸化炭素の発生を抑制することが可能になる。また、本発明に係る二酸化炭素削減装置をゴミ焼却炉等の有害ガス処理システムの中に組み込むことにより、有害ガス処理過程おける二酸化炭素を個体化可能とするため、これまでのような大規模の設備を要することなく、しかも石膏ボードなどの建築資材などの副産物を製造可能とすることから二酸化炭素削減のためのコストを低減することができる。

初めに本発明に係るマイクロバブル発生器について説明する。図１は、本発明に係るマイクロバブル発生器１の構成を示したものである。同図(a)、（ｂ）に示すように、マイクロバブル発生器１は本体部３と気体導入管５とを結合したものからなる。本体部３は大径部３ａ、テーパー部３ｂ及び小径部３ｃの３つの部分からなる。大径部３ａ及び小径部３ｃはいずれもストレート管であり、テーパー部３ｂは下流側（図面左方）を細くしてある。大径部３ａの端部及び小径部３ｃの端部にはそれぞれ接続用フランジ３ｄ，３ｅが設けてある。テーパー部３ｂの内周部にはコンベヤ状のスパイラル３ｆが設けてある。スパイラル３ｆはテーパー部の径の変化に対応してピッチが小さくなるようにしてあり、軸線に沿って穴部３ｇが設けてある。気体導入管５は、大径部３ａの側部に設けた挿通孔に挿入される直管部５ａと、大径部３ａの内部でエルボ５ｂを介して大径部３ａと平行する平行部３ｃとからなる。平行部３ｃの先端部は部分的に上述の穴部３ｇに嵌合している。気体導入管５の外端部には接続用フランジ５ｄが設けてある。

図１（ｃ）は、マイクロバブル発生器の取り付け状態の例を示したものである。マイクロバブル発生器１の入り口部に設けてあるフランジ部３ｄには、水酸化カルシウム等の液体の供給管７が接続してあり、出口部のフランジ部３ｅには他の設備への接続管９が接続してある。本体部３はサポート１１，１１によって支持してある。また、気体導入管５のフランジ部５ｄには、二酸化炭素の処理装置等への接続管１３が接続してある。本体部３の先端部に接続してある接続管９は、二酸化炭素吸収槽１５に接続してあり、二酸化炭素のマイクロバブルを溶解した水溶液をこの吸収槽中に放出可能としてある。

次に図２を参照して、本発明に係るマイクロバブル発生器によるマイクロバブル発生による二酸化炭素の固定化のメカニズムについて説明する。図２は、本体部３の中央部分を拡大し、スパイラル３ｆの表示を省略し、流体の動きを説明用に示したものである。このテーパー部３ｂはマイクロバブル発生部でもある。大径部３ａに、液体である水酸化カルシウムなどの第１流体Ｆ１を大気圧以上の圧力（第１圧力）で流入させるとともに、気体導入管５に気体である二酸化炭素を含む第２流体を上記の第１圧力よりも高い圧力で供給する。第１流体Ｆ１はテーパー部３ｂでスパイラル３ｆ（図1（ａ）参照）により旋回流Ｓとなり、管径が細くなるのに従ってその速度が速くなるようになっている。テーパー部３ｂ内で放出された第２流体Ｆ２は、気泡Ｂ１となって第１流体の旋回流Ｓ中に混入し、第１流体と一緒になって旋回しながら移動する。この時これらの気泡Ｂ１は高速旋回流により千切られて細分化し、移動を続ける間にさらに細分化しマイクロバブルＢ２となり、小径部３ｃの出口付近に達する頃には、マイクロバブルを溶解した第３流体Ｆ３となる。小径部３ｃの出口はマイクロバブルを利用する諸設備に第３流体Ｆ３を供給可能となる（なお、図１（ｃ）参照）。

図２において、第１流体Ｆ1としての水酸化カルシウムを、マイクロバブル発生器１の本体部３の入り口から１２ＭＰａ以上の圧力（第１圧力）で流入させる。これとともに第２流体Ｆ２としての二酸化炭素を含む燃焼ガスを気体導入管５から本体部１内に第１圧力寄りも少し高い圧力（第２圧力）で流入させる。第２流体Ｆ２はテーパー部３内でスパイラルＳの穴部３ｇに放出され、そこから第１流体の旋回流Ｓ中に拡散・混入する。第１流体の旋回流Ｓ中に混入した燃焼ガスは気泡化して第１流体Ｆ１とともに、旋回しながら高速移動する。これらの燃焼ガスの気泡は、高速旋回流により第１流体中で千切られて細分化し、高速化に従ってさらに細分化が進み、小径部の中間位置あたりでは直径が１０μm程度となる。さらに旋回流Ｓの速度が大きくなると細分化も進み、テーパー部３ｂの出口に達する頃には１〜５μmのマイクロバブルとなる。これらのマイクロバブルは第１流体と第２流体とをなす物質同士の化学反応を誘起し、ここでは水酸化カルシウムと燃焼ガス中の二酸化炭素とを下記の化学式のとおり炭酸カルシウムと水とに化学変化させる。
Ca(OH)₂＋CO₂→CaCO₃＋H₂O

こうしてマイクロバブル発生器１内で化学変化した流体は、第３流体Ｆ３すなわち炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_3、）水（Ｈ₂Ｏ）及び水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）と化合しなかった他のマイクロバブル化した燃焼ガスの溶液となる。第３流体Ｆ３は接続管９の先端部から二酸化炭素吸収槽１５内に放出され、この中で上記の各成分を分離可能としてある。

二酸化炭素吸収槽１５内に放出された第３流体Ｆ３は、ここで消泡器１７により気泡やマイクロバブルを消滅させ、さらにサイクロン（図示せず）を経て分離され、炭酸カルシウムの回収や水酸化カルシウムの再利用に供される。また、二酸化炭素を含む燃焼ガスは、いずれも図示していないが焼却炉等から排出された後、ダイオキシン分解装置や熱交換機等を経てマイクロバブル発生に適した条件に調整して接続管１３から気体導入管５に供給可能となっている。

本発明は燃焼ガスを発生するプラント等の中に組み込まれることにより上述の作用効果を顕すものであるが、製造コストを抑えるために、既存の第１流体及び第２流体を供給可能な構成のマイクロバブル発生器に適用しても同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態例で使用するマイクロバブル発生器の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は本発明の実施の形態例で使用するマイクロバブル発生器の設置状態を示す説明図である。本発明の実施の形態例で使用するマイクロバブル発生器の動作を示す説明図である。

１マイクロバブル発生器
３本体部
３ａ大径部
３ｂテーパー部
３ｃ小径部
３ｆスパイラル
３ｇ穴部
５気体導入管
７水酸化カルシウムの供給管
１３燃焼ガスの供給管

Claims

大径部と小径部との間に下流側を細くするテーパー部を有し、該テーパー部内には軸線に沿った穴部を有するスパイラルが設けてある本体部と、上記大径部の側部に挿着してあるとともに先端が上記穴部に部分的に嵌合する状態に設けてある気体導入管とを組み合わせてマイクロバブル発生器とし、
上記本体部の入り口は液体としての水酸化カルシウムの供給管に接続可能としてあるとともに上記気体導入管の入り口には気体としての二酸化炭素を含む燃焼ガスの供給管に接続可能としてある
ことを特徴とする二酸化炭素削減装置。
大径部と小径部との間に下流側を細くするテーパー部を有し、該テーパー部内には軸線に沿った穴部を有するスパイラルが設けてある本体部と、上記大径部の側部に挿着してあるとともに先端が上記穴部に部分的に嵌合する状態に設けてある気体導入管とを組み合わせてなるマイクロバブル発生器となし、
上記本体部に水酸化カルシウムを供給し、上記気体導入管から二酸化炭素を含む燃焼ガスを上記水酸化カルシウムの供給圧力よりも高圧で供給し、
上記燃焼ガスを上記テーパー部内で水酸化カルシウムと合流させることにより上記燃焼ガスを気泡化させ、
上記スパイラルにより高速旋回させた流体中で上記気泡を細分してマイクロバブルを発生させ、
上記マイクロバブルを溶解した流体中で上記水酸化カルシウムと上記二酸化炭素を化合させることにより炭酸カルシウムと水に化学変化させ、
上記炭酸カルシウムを回収することにより燃焼ガス中の二酸化炭素を除去する
ことを特徴とする二酸化炭素削減方法。