JP2020111694A - Treatment method of so2 gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SO2ガスの処理方法に関する。 The present invention relates to a method for treating SO 2 gas.
炭素繊維を含有するCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics:炭素繊維強化プラスチック)は、軽量かつ高強度であることから、金属に代わる新しい素材として注目されている。一方、炭素繊維は製造にコストがかかるという側面があり、炭素繊維を安価に製造する方法の開発が求められている。 CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) containing carbon fibers has been drawing attention as a new material replacing metal because of its light weight and high strength. On the other hand, carbon fibers are expensive to manufacture, and development of a method for manufacturing carbon fibers at low cost is required.
本発明者らは、廃棄されたCFRPの樹脂を濃硫酸溶液に溶解させることで、当該CFRPに含有された炭素繊維を安価に取り出すことができることを見出した。しかしながら、CFRPと濃硫酸溶液とが接触すると、硫酸が分解して、有毒なSO2(二酸化硫黄)ガスが発生してしまうことがわかった。このため、CFRPの樹脂を濃硫酸溶液に溶解させて炭素繊維を取り出す際に、SO2ガスを効率よく処理する必要があった。 The present inventors have found that by dissolving the discarded CFRP resin in a concentrated sulfuric acid solution, the carbon fiber contained in the CFRP can be taken out at low cost. However, it has been found that when the CFRP and the concentrated sulfuric acid solution come into contact with each other, the sulfuric acid decomposes to generate toxic SO 2 (sulfur dioxide) gas. Therefore, when the CFRP resin was dissolved in a concentrated sulfuric acid solution to take out the carbon fibers, it was necessary to efficiently process the SO 2 gas.
特許文献1には、SO2を含む硫黄酸化物ガス中に過剰量のアンモニアを注入し、当該硫黄酸化物ガスを中和処理させた後、さらに余剰分のアンモニアを炭酸と反応させる方法が開示されている。
特許文献1の方法では、アルカリ性物質を過剰量必要とし、さらに当該アルカリ性物質を中和させるための装置も必要となるため、ランニングコストが過大にかかるという問題があった。
The method of
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、炭素繊維強化プラスチックを濃硫酸溶液に投入した際に発生するSO2ガスを安価に処理できる、SO2ガスの処理方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a SO 2 gas treatment method capable of inexpensively treating SO 2 gas generated when a carbon fiber reinforced plastic is put into a concentrated sulfuric acid solution. It is provided.
本発明に係るSO2ガスの処理方法は、炭素繊維強化プラスチックと濃硫酸溶液が接触することで発生するSO2ガスを、気相中でオゾン酸化させてSO3ガスを生成するステップと、前記SO3ガスを前記濃硫酸溶液に接触させるステップと、を含むことを特徴としたものである。 The method for treating SO 2 gas according to the present invention comprises: a step of ozone-oxidizing SO 2 gas generated by contacting a carbon fiber reinforced plastic with a concentrated sulfuric acid solution in a gas phase to generate SO 3 gas; A step of bringing SO 3 gas into contact with the concentrated sulfuric acid solution.
本発明に係るSO2ガスの処理方法は、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)と濃硫酸溶液とが接触することで発生するSO2ガスを気相中でオゾン酸化させてSO3ガスを生成し、当該SO3ガスを元の濃硫酸溶液に接触させる。このような方法においては、アルカリ性物質や、当該アルカリ性物質を更に処理するための装置が不要であるため、安価にSO2ガスを処理することができる。 The method for treating SO 2 gas according to the present invention produces SO 3 gas by ozone-oxidizing SO 2 gas generated by contacting CFRP (carbon fiber reinforced plastic) and concentrated sulfuric acid solution in a gas phase. The SO 3 gas is brought into contact with the original concentrated sulfuric acid solution. In such a method, since an alkaline substance and a device for further treating the alkaline substance are unnecessary, SO 2 gas can be treated at low cost.
本発明により、炭素繊維強化プラスチックを濃硫酸溶液に投入した際に発生するSO2ガスを安価に処理できる、SO2ガスの処理方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of treating SO 2 gas, which is capable of treating SO 2 gas generated when a carbon fiber reinforced plastic is added to a concentrated sulfuric acid solution at low cost.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, the following description and the drawings are simplified as appropriate for clarifying the explanation.
まず、図1を参照して、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法において用いる処理装置1の概略について説明する。図1は処理装置1の概略図である。図1に示すように、処理装置1は、溶解槽11と、反応槽12と、オゾン発生器13と、流路14〜16と、を備える。
First, an outline of a
溶解槽11は、CFRP20と濃硫酸溶液30とを接触させてCFRP20の樹脂を溶解させる槽である(図1・左下)。具体的には、例えば溶解槽11内に満たされた濃硫酸溶液30内にCFRP20を投入することで、CFRP20に使用される一般的な樹脂(例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ナイロン樹脂など)を溶解させる。その後、濃硫酸溶液30内に残留した炭素繊維を取り出して洗浄することによって、炭素繊維を再生することができる。
The
CFRP20と濃硫酸溶液30とが接触すると、CFRP20の樹脂に含まれる炭素(C)と濃硫酸溶液30(H2SO4)とが下式(1)のように反応し、SO2ガスが発生する。
H2SO4+C→H2O+CO+SO2 ・・・(1)
発生したSO2ガスは、流路14を介して反応槽12に導入される。
When the
H 2 SO 4 +C→H 2 O+CO+SO 2 (1)
The generated SO 2 gas is introduced into the
オゾン発生器13は、O2(酸素)ガスに紫外線を照射したり、O2ガス中で放電したりすることによって、O3(オゾン)ガスを生成する装置である。生成されたO3ガスは、流路16を介して反応槽12に導入される。
The
反応槽12は、SO2ガスとO3ガスを気相中で反応させてSO3(三酸化硫黄)ガスを生成する槽である。反応槽12の内部は、溶解槽11の内部と流路14及び流路15を介して連通しているとともに、オゾン発生器13から流路16を介してO3ガスを導入できるように形成されている。図1に示すように、反応槽12には、溶解槽11から流路14を介してSO2ガスが導入され、オゾン発生器13から流路16を介してO3ガスが導入される。このため、SO2ガスはO3ガスによってオゾン酸化され、下式(2)に示すようにSO3ガスが生成される。
SO2+O3→SO3+O2 ・・・(2)
このようにして生成されたSO3ガスは、流路15を介して、再び溶解槽11に導入される。
なお、反応槽12は、流路14及び流路16内のガスを吸引する吸気構造や、流路15内にガスを排出する排気構造を備えていてもよい。
The
SO 2 +O 3 →SO 3 +O 2 (2)
The SO 3 gas thus generated is introduced into the
The
溶解槽11に導入されたSO3ガスは、溶解槽11内の濃硫酸溶液30と接触する。ここで、下式(3)に示すように、SO3は水と反応して速やかに硫酸へと変化する性質があるため、導入されたSO3ガスは濃硫酸溶液30内の水と速やかに反応して溶解する。
SO3+H2O→H2SO4 ・・・(3)
以上のように、SO2ガスを気相中でオゾン酸化させて濃硫酸溶液30と接触することで、SO2ガスを安価に処理することができる。
The SO 3 gas introduced into the
SO 3 +H 2 O→H 2 SO 4 (3)
As described above, the SO 2 gas by contact with concentrated
なお、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法においては、SO2とO3を気相中で反応させるため、SO2を効率よく酸化させることができる。すなわち、例えばO3を濃硫酸溶液30内に直接導入すると、濃硫酸溶液30内に残留するCFRP20とO3とが反応してしまい、O3が過剰に消費されてしまうが、濃硫酸溶液30から離れた場所でSO2とO3を反応させることで、そのような消費を防ぐことができる。したがって、より安価にSO2ガスを処理することができる。
In the method for treating SO 2 gas according to the present embodiment, SO 2 and O 3 are reacted in the gas phase, so that SO 2 can be efficiently oxidized. That is, for example, if O 3 is directly introduced into the concentrated
また、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法では、濃硫酸溶液30にSO3ガスを溶解させるため、CFRP20が溶解した後の廃液は硫酸濃度の高いものとなる。このような硫酸濃度の高い廃液は、蒸留等の処理によって新たな濃硫酸溶液に再生させることが可能である。したがって、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法は、廃液を容易に再生可能とする方法であるともいえる。
Further, in the method for treating SO 2 gas according to the present embodiment, SO 3 gas is dissolved in the concentrated
次に、図2を用いて、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法のフローについて説明する。図2は、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法のフローチャートである。図2に示すように、本実施形態に係るSO2ガスの処理方法は、ステップS1〜S3を備える。 Next, the flow of the method for treating SO 2 gas according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of the SO 2 gas processing method according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the SO 2 gas treatment method according to the present embodiment includes steps S1 to S3.
ステップS1においては、CFRP20と濃硫酸溶液30が接触することで発生するSO2ガスを収集する。具体的には、溶解槽11で発生したSO2ガスを反応槽12に導入する。
なお、反応槽12が吸気構造を備えている場合は、反応槽12は本工程で流路14内のSO2ガスを吸引するようにしてもよい。このような場合、反応槽12内に当該SO2ガスを効率よく導入することができる。
In step S1, the SO 2 gas generated by the contact between
When the
ステップS2においては、ステップS1で収集したSO2ガスとO3ガスを気相中で反応させて、SO3ガスを生成する。具体的には、反応槽12にO3ガスを導入し、SO2ガスとO3ガスを気相中で反応させる。
なお、反応槽12が吸気構造を備えている場合は、反応槽12は本工程で流路16内のO3ガスを吸引するようにしてもよい。このような場合、反応槽12内に当該O3ガスを効率よく導入することができる。
In step S2, the SO 2 gas and the O 3 gas collected in step S1 are reacted in the gas phase to generate SO 3 gas. Specifically, O 3 gas is introduced into the
When the
ステップS3においては、SO3ガスを濃硫酸溶液に接触させる。具体的には、溶解槽11内にSO3ガスを導入し、溶解槽11内の濃硫酸溶液30と接触させる。このとき、SO3ガスが濃硫酸溶液30内の水と反応して溶解する。
なお、反応槽12が排気構造を備えている場合、反応槽12は本工程で流路15にSO3ガスを排出するようにしてもよい。このようにして、溶解槽11内に当該SO3ガスを効率よく導入することができる。
In step S3, SO 3 gas is brought into contact with the concentrated sulfuric acid solution. Specifically, SO 3 gas is introduced into the
When the
ここで、図3及び図4を用いて、SO2ガスとO3ガスの反応の容易性について説明する。図3は、SO2とO3が容易に反応し得ることを確認するための実験の構成を示す概略図である。当該実験では、図3に示すように、SO2ボンベ100からSO2ガスを、オゾン発生器200からO3ガスを、それぞれビーカーの水300内に吹き込み、SO2ガスが水300内に回収されるか否かを調べた。
なお、この実験において、SO2の濃度は99.9%、流量は0.2〜0.6L/minの範囲とし、O3の濃度は44g/m3、流量は0.06L/minとした。オゾン発生器200には、関西オートメ社のAUD−05APを用いた。
Here, the easiness of reaction of SO 2 gas and O 3 gas will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of an experiment for confirming that SO 2 and O 3 can easily react. In this experiment, as shown in FIG. 3, the SO 2 gas from the SO 2 gas cylinder 100, the O 3 gas from the
In this experiment, the SO 2 concentration was 99.9%, the flow rate was 0.2 to 0.6 L/min, the O 3 concentration was 44 g/m 3 , and the flow rate was 0.06 L/min. .. As the
図4は、SO2ガスを水に吹き込んだ場合の、SO2の捕集濃度の時間変化を示すグラフである。図4の縦軸は水中のSO2の捕集濃度(g/L)、横軸はSO2ガスの吹込み時間(h)を表している。図4において、三角印(△)は、SO2ガスとO3ガスの両方を吹き込み続けた場合の溶解度の時間変化、丸印(○)は、SO2ガスのみを吹き込み続けた場合の溶解度の時間変化を表している。なお、図4の横軸は、水中にSO2ガスを吹き込んでからSO2の濃度が飽和に達した時点を基準としている。 FIG. 4 is a graph showing the change over time in the trap concentration of SO 2 when SO 2 gas is blown into water. The vertical axis of FIG. 4 represents the concentration of SO 2 trapped in water (g/L), and the horizontal axis represents the blowing time of SO 2 gas (h). In FIG. 4, a triangle mark (Δ) indicates a change with time of the solubility when both the SO 2 gas and the O 3 gas are continuously blown, and a circle mark (◯) indicates the solubility when only the SO 2 gas is blown. It represents the change over time. The horizontal axis in FIG. 4, the concentration of SO 2 from blown with SO 2 gas is based on the time of reaching the saturation in water.
図4に示すように、SO2ガスとO3ガスの両方を吹き込んだ場合(△)は、SO2の吹き込み時間に比例して、SO2の捕集濃度が高くなることがわかった。これは、SO2ガスがオゾン酸化されたことでSO3に変化し、当該SO3が速やかに水に溶解したからであると考えられる。 As shown in FIG. 4, when both SO 2 gas and O 3 gas were blown in (Δ), it was found that the SO 2 trapping concentration increased in proportion to the SO 2 blowing time. It is considered that this is because the SO 2 gas was converted to SO 3 by the ozone oxidation and the SO 3 was rapidly dissolved in water.
一方、O3ガスを吹き込まなかった場合(○)は、吹き込み時間を長くしても、SO2の捕集濃度は変わらなかった。これは、SO2ガスがオゾン酸化されないため、飽和濃度以上に水に溶け込むことができなかったからであると考えられる。
これらの実験結果から、SO2とO3は容易に反応し得ることが分かった。また、SO2ガスをオゾン酸化することで、実際にSO2の捕集濃度を高めることができると確かめられた。
On the other hand, when the O 3 gas was not blown in (◯), the SO 2 trapping concentration did not change even if the blowing time was lengthened. It is considered that this is because the SO 2 gas was not ozone-oxidized and could not dissolve in water at a concentration higher than the saturation concentration.
From these experimental results, it was found that SO 2 and O 3 can easily react with each other. It was also confirmed that the concentration of SO 2 trapped can be actually increased by oxidizing the SO 2 gas with ozone.
以上で説明したように、本発明に係るSO2ガスの処理方法では、CFRPを濃硫酸溶液に投入した際に発生するSO2ガスを安価に処理することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
As explained above, in the processing method of the SO 2 gas of the invention can be processed at low cost the SO 2 gas generated when charged with CFRP in concentrated sulfuric acid solution.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記の実施形態では、処理装置1が反応槽12、流路14、及び流路15を有する構成について説明したが、処理装置1は必ずしも反応槽12、流路14、及び流路15を有していなくてもよい。
この場合、処理装置1は、溶解槽11、オゾン発生器13、及び流路16を有し、流路16と、溶解槽11の上部の空間、すなわち濃硫酸溶液30よりも上部の空間とが連通しするように構成することができる。このような装置構成であっても、SO2ガスとO3ガスとを気相中で反応させ、さらにSO3ガスを濃硫酸溶液30に接触させることができる。したがって、CFRPを濃硫酸溶液に投入した際に発生するSO2ガスを安価に処理できる。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
In this case, the
また、上記の実施形態において、反応槽12内に、SO2ガスとO3ガスとの反応を促進する触媒を設けていてもよい。この場合、SO2とO3との反応がより速やかに進行するため、さらに効率よくSO2をオゾン酸化させることができる。
また、反応槽12内に、COガスとO3ガスとの反応を促進する触媒を設けていてもよい。この場合、CFRPの溶解に伴って発生した有害なCOガスもO3と反応し、無毒なCO2ガスを生成することができる。したがって、有毒な排ガスを有効に処理することができる。
Further, in the above-described embodiment, the
Further, a catalyst that promotes the reaction between CO gas and O 3 gas may be provided in the
また、上記の実施形態において、特に溶解槽11、反応槽12、及び流路14〜16の内壁は、SO2及びSO3に対して耐食性の高い材質で形成されていることが好ましい。例えば、これらは鉄鋼やプラスチックで形成されているか、不動態の酸化皮膜に覆われていることが好ましい。上記の材質で形成することで、溶解槽11、反応槽12、及び流路14〜16の耐食性を向上することができる。
In addition, in the above-described embodiment, it is particularly preferable that the
以上で説明した複数の構成例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。これら複数の構成は、互いに異なる新規な特徴を有している。したがって、これら複数の構成は、互いに異なる目的又は課題を解決することに寄与し、互いに異なる効果を奏することに寄与する。 The plurality of configuration examples described above can be implemented in combination as appropriate. The plurality of configurations have novel features different from each other. Therefore, these plural configurations contribute to solving different purposes or problems, and contribute to achieving different effects.
1 処理装置
11 溶解槽
12 反応槽
13 オゾン発生器
14〜16 流路
30 濃硫酸溶液
100 SO2ボンベ
200 オゾン発生器
300 水
14 to 16
Claims (1)
前記SO3ガスを前記濃硫酸溶液に接触させるステップと、を含む、
SO2ガスの処理方法。 SO 2 gas generated by contacting the carbon fiber reinforced plastic and concentrated sulfuric acid solution is ozone-oxidized in a gas phase to generate SO 3 gas,
Contacting the SO 3 gas with the concentrated sulfuric acid solution.
SO 2 gas treatment method.
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