JP2020175318A - 二酸化炭素濃度の低減方法および二酸化炭素濃度の低減装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<A2> 前記分散液の分散媒が、水を含み、前記分散液中に含まれる焼却灰の濃度が、0.5〜70質量%である<A1>に記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
<A3> 前記分散液に含まれる焼却灰の、Ca濃度が、10〜80質量%であり、前記焼却灰の、Mg濃度が、0.5〜15質量%である<A1>または<A2>に記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
<A4> 前記分散液が、塩化カルシウムおよび/または塩化マグネシウムを溶解させたものである<A1>〜<A3>のいずれかに記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
<A5> <A1>〜<A4>のいずれかに記載の二酸化炭素濃度の低減方法の接触工程の前記二酸化炭素吸着灰と、固化材とを混合し、固化させて人工石を得る固化工程を有する人工石の製造方法。
炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩(例えば、「CaMg(CO3)2、CaMg3(CO3)4、K2Ca(CO3)2、Ca(CO3)、およびMg(CO3)」)からなる群から選択される2以上を含む人工石原料。
<C2> <C1>記載の人工石原料と、固化材とを含む人工石。
炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩(例えば、「CaMg(CO3)2、CaMg3(CO3)4、K2Ca(CO3)2、Ca(CO3)、およびMg(CO3)」)からなる群から選択される2以上を含む人工ゼオライト原料。
<D2> <D1>記載の人工ゼオライト原料と、アルカリ水溶液とを混合し、加熱することで人工ゼオライトを得る人工ゼオライトの製造方法。
<D3> <A1>〜<A5>のいずれかに記載の二酸化炭素濃度の低減方法の接触工程の前記二酸化炭素吸着灰と、アルカリ水溶液とを混合し、加熱することで人工ゼオライトを得る人工ゼオライトの製造方法。
本発明の二酸化炭素濃度の低減方法は、二酸化炭素を含む被処理気体と、バイオマス焼却灰を含む分散液とを接触させ、前記バイオマス焼却灰に前記被処理気体に含まれる前記二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰とする接触工程を有する前記被処理気体中の二酸化炭素濃度の低減方法である。本発明の二酸化炭素濃度の低減方法を、以下、「本発明のCO2低減方法」と略記する場合がある。本発明のCO2低減方法によれば、被処理気体中の二酸化炭素濃度を低減することができる。
本発明の二酸化炭素濃度の低減装置は、二酸化炭素を含む被処理気体と、焼却灰を含む分散液とを接触させ、前記焼却灰に前記被処理気体に含まれる前記二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰とするための接触槽を有する、前記被処理気体中の二酸化炭素濃度の低減装置である。本発明の二酸化炭素濃度の低減装置を、以下、「本発明のCO2低減装置」と略記する場合がある。本発明のCO2低減装置によれば、被処理気体中の二酸化炭素濃度を低減することができる。
本発明の人工石の製造方法は、本発明のCO2低減方法の接触工程の前記二酸化炭素吸着灰と、固化材とを混合し、固化させて人工石を得る固化工程を有する。本発明の人工石の製造方法によれば、従来、産業廃棄物等として処理されていた焼却灰を有効活用した人工石が製造される。
本発明の人工石原料は、バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩からなる群から選択される2以上を含む。本発明の人工石原料は、従来、産業廃棄物等として処理されていた焼却灰を有効活用した人工石の原料として有用である。
本発明の人工石は、バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、本発明の人工石原料と、固化材とを含む。本発明に人工石は、従来、産業廃棄物等として処理されていた焼却灰を有効活用して人工の石として利用される。
本発明の人工ゼオライト原料は、バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩からなる群から選択される2以上を含む。このような人工ゼオライト原料を用いることで、人工ゼオライトを効率よく製造することができる。
本発明の人口ゼオライトの製造方法は、本発明の人工ゼオライト原料と、アルカリ水溶液とを混合し、加熱することで人工ゼオライトを得る。このような人工ゼオライト原料の製造方法とすることで、人工ゼオライトを効率よく製造することができる。
本発明において、被処理気体は、二酸化炭素を含みその二酸化炭素濃度を低減する処理の対象となる気体である。被処理気体は、二酸化炭素を含む任意のものを対象とすることができる。例えば、温暖化の問題の原因とされることが多い、燃料等の燃焼排ガスを被処理気体とすることができる。燃焼排ガスとしては、火力発電所のボイラー排ガスなどがあげられる。火力発電所は、電力会社や、各種工場、事業所、廃棄物の処分場などで用いられており、石炭やバイオマス、混合燃料などが燃料として用いられている。これらの発電所では、火力発電に伴い発生する二酸化炭素を低減することが求められている。本発明は、これらの燃焼排ガスを対象として、その二酸化炭素濃度を低減することができる。
本発明において、バイオマス焼却灰は、バイオマスを焼却した灰である。このバイオマス焼却灰に用いられるバイオマスは、木質やもみ殻などの燃料等として燃焼されるものである。木質としては、伐木や建築廃材などが木質バイオマスとして用いられている。また、精米などに伴い排出されるもみ殻もバイオマスとして用いることができる。これらのバイオマス焼却灰は、分散媒中に分散させた状態で、気体中の二酸化炭素と接触すると、短時間で多量の二酸化炭素を液体中に含有させた状態とすることができ、その気体中の二酸化炭素濃度を低減することができる。これは、石炭灰等の他の灰とは異なるバイオマス焼却灰特有の組成が影響しているものと考えられる。
本発明の接触工程は、バイオマス焼却灰を含む分散液の状態で、被処理気体と接触させて行われる。バイオマス焼却灰は乾燥状態で二酸化炭素と接触しても、気体中の二酸化炭素濃度の低減効果は限定的なものとなる。しかしながら、焼却灰を分散媒中に分散させた分散液の状態で、被処理気体と接触させることで、被処理気体中の二酸化炭素の状態を変化させて効率的に気化しにくいものとすることができる。
本発明に用いる分散液は、分散媒に分散したバイオマス焼却灰を含む。なお、分散液は、灰と分散媒とが混合され、灰が少量でも分散媒中に分散したものをいう。灰の種類や割合、大きさなどに応じて、適宜、スラリー状や溶液、分散液、といった状態を含むものであり、これらを総称する概念として分散液とする。分散液には、適宜、塩が溶解していてもよい。また、焼却灰等に由来して混入する不純物等を含む状態で用いることができる。
本発明のCO2低減方法の接触工程は、被処理気体と、分散媒とを接触させる工程である。この接触工程により、焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰が生じる。また二酸化炭素吸着灰が生じることで、被処理気体の二酸化炭素は、二酸化炭素吸着灰などの分散液に捕捉された状態となり、被処理気体中の二酸化炭素濃度は低減する。
本発明の人工石の製造方法は、本発明のCO2低減方法の接触工程の前記二酸化炭素吸着灰と、固化材とを混合し、固化させて人工石を得る固化工程を有するものとすることができる。本発明のCO2低減方法にかかる二酸化炭素吸着灰は、人工石の原料として利用することができる。
固化材は、人工石を製造するときに用いられる各種固化材を用いることができる。例えば、セメントなどを用いることができる。固化材と、二酸化炭素吸着灰とを、適宜水などを分散媒として用いて混合し、反応させて養生することで人工石を得ることができる。この人工石は、砂利のような状態で用いてよいし、ブロック状などとして用いてもよい。本発明にかかる人工石は、二酸化炭素吸着灰が、CaやMgを豊富に含み、CO2を吸着していることから、凝集が生じやすいため、ブロック状として用いることができる。
本発明の人工石原料は、バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩(例えば、「CaMg(CO3)2(ドロマイト)、CaMg3(CO3)4(ハンタイト)、K2Ca(CO3)2(フェアチルダイト)、Ca(CO3)、およびMg(CO3)」)からなる群から選択される2以上を含む。この人工石原料は、本発明のCO2低減方法の接触工程を経た二酸化炭素吸着灰を用いることができる。炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩は、XRD解析したときバイオマス焼却灰よりも高いピークを有することで、これらを含むものとすることができる。本発明の人口石原料は、CaMg(CO3)2(ドロマイト)、CaMg3(CO3)4(ハンタイト)、K2Ca(CO3)2(フェアチルダイト)、Ca(CO3)、およびMg(CO3)からなる群から選択される3以上を含むものとしてもよく、5つすべてを含むものとしてもよい。
本発明の人工ゼオライトは、バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩(例えば、「CaMg(CO3)2(ドロマイト)、CaMg3(CO3)4(ハンタイト)、K2Ca(CO3)2(フェアチルダイト)、Ca(CO3)、およびMg(CO3)」)からなる群から選択される2以上を含む。この人工ゼオライト原料は、本発明のCO2低減方法の接触工程を経た二酸化炭素吸着灰を用いることができる。
人工ゼオライトの製造にあたっては、このような人工ゼオライト原料と、アルカリ水溶液とを混合し、加熱することで人工ゼオライトを得る人工ゼオライトの製造方法とすることができる。
図1は、本発明のCO2低減方法を行うためのCO2低減装置の一実施形態を示すものである。
CO2低減装置11は、吹き込み式のCO2低減方法に用いられる装置である。CO2低減装置11は、接触槽41を有する。接触槽41には、バイオマス焼却灰と水とを混合した分散液201が収容されている。分散液201内には、配管311が設けられており、配管311には、二酸化炭素を含む被処理気体3が流通されている。分散液201内の配管311の開口部312から、被処理気体3が分散液201内に流入し、接触槽41内で、分散液201と、被処理気体3が接触する。この接触により、被処理気体3の二酸化炭素が、分散液201のバイオマス焼却灰に吸着される。分散液201と反応しなかった気体は、接触槽41の上部の気相に流出し、配管313から、二酸化炭素濃度が低減された気体として、排気される。CO2低減装置11には、適宜撹拌翼51を設けて撹拌翼51と接続されているモーター52を回転させることで撹拌翼51を回転させて、分散液201を撹拌しながら、被処理気体3と接触させてもよい。
図2は、本発明のCO2低減方法を行うためのCO2低減装置の一実施形態を示すものである。
CO2低減装置12は、スプレー式のCO2低減方法に用いられる装置である。CO2低減装置12は、接触槽42を有する。接触槽42の下部には、バイオマス焼却灰と水とを混合した分散液を収容する収容部224が設けられている。接触槽42の収容部224に収容されている分散液202は、ポンプ222により配管223を介して、接触槽42内の気相の上部に設けられているスプレーノズル221に送られ、スプレーノズル221からスプレー状に分散液202が反応槽42内に噴霧される。
[元素分析(XRF)]
XRF:日本電子社製「JSX―1000s」を用いて、CO2低減試験に用いる灰や、CO2吸着後の灰の元素分析などを行った。
測定条件:管電圧50kV、フィルターND、コリメーター9
XRD:株式会社リガク社製「MiniFlex600」を用いて、灰の組成分析を行った。
測定条件:X線出力40kV・15mA、波長CuKa/1.5
柔軟性が高い密封容器に、灰と分散媒(水や海水)とを含む分散液を加え、同密封容器の気相をCO2で置換して、分散液と、CO2を反応させて、密封容器の体積変化から、気体のCO2の減少量を求めた。体積変化は、反応前の分散液とCO2を含む密封容器を、水を充満させた測定用容器に入れて、測定容器内で反応させることで反応後に測定用容器内で減少した体積を求めるものとした。
・石炭灰(1):火力発電所で用いられた石炭の焼却後の灰を、石炭灰(1)として用いた。
・バイオマス灰(1):廃材を火力発電のバイオマスとして用いた焼却後の焼却灰を、木質の焼却灰であるバイオマス灰(1)として用いた。
石炭灰(1)と、バイオマス灰(1)のXRF分析結果を図3に示す。
・試験例(1−1) 固液比1:5
バイオマス灰(1)と海水とを混合させて、CO2吸収量の測定試験を行った。
密封容器は、容積約2Lの樹脂製容器を用いて、バイオマス灰(1)100gと海水500gを混合した固液比1:5の分散液として、樹脂製容器にいれ、気相をCO2に置換して、試験した。試験時の温度は20℃であった。
石炭灰(1)の分散液に比べて、バイオマス灰(1)を用いた分散液は、非常に短時間で、多量のCO2を吸収し、その吸収量もはるかに多いことが確認された。
試験例(1−1)に準じて、海水に代え淡水を用いて、固液比を1:2としても同様の挙動を示すことが確認された。
試験例(1−1)に準じて、分散液に、塩化マグネシウム(MgCl)を混合した試験を行った。バイオマス灰(1)100質量部に対して塩化マグネシウム10質量部を混合し、固液比は試験例1−1と同様に調製して試験を行った。CO2置換後、直ちにCO2が吸着される反応が生じ、体積変化からCO2吸収速度の経時変化を測定することが困難なほどに、吸収速度が高かった。
(1)二酸化炭素吸着灰のXRD分析
試験例(1−1)、(1−3)の反応後に、バイオマス灰(1)を用いたCO2吸収試験後の分散液の灰を回収して、XRD分析を行った結果、バイオマス灰(1)ではピークを確認できないCa(CO3)やCaMg3(CO3)4、K2Ca(CO3)2、Mg(CO3)のピークが確認されたことから、灰にCO2が吸着されることで、容器内のCO2の気体が減少し、体積変化が生じたことが確認された。XRDの比較結果を、図5に示す。
試験例(1−1)で用いた反応後の二酸化炭素吸着灰90質量部と、セメント10質量部と、水100質量部とを混合して、容器に流し込み、開放状態で5日養生した。養生後の固化した物質は、灰由来の成分を多量に含むにもかかわらず、ブロック状に固化し、人工石に適したものが得られた。
201、202 分散液
221 スプレーノズル
222 ポンプ
223 配管
224 収容部
225、226 配管
3 被処理気体
311、313 配管
312 開口部
321 被処理気体収容部
322 排出口
41、42 接触槽
51 撹拌翼
52 モーター
621 バイオマス焼却灰収容部
622 水収容部
Claims (10)
- 二酸化炭素を含む被処理気体と、バイオマス焼却灰を含む分散液とを接触させ、前記バイオマス焼却灰に前記被処理気体に含まれる前記二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰とする接触工程を有する前記被処理気体中の二酸化炭素濃度の低減方法。
- 前記分散液の分散媒が、水を含み、前記分散液中に含まれる焼却灰の濃度が、0.5〜70質量%である請求項1に記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
- 前記分散液に含まれる焼却灰の、Ca濃度が、10〜80質量%であり、前記焼却灰の、Mg濃度が、0.5〜15質量%である請求項1または2に記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
- 前記分散液が、塩化カルシウムおよび/または塩化マグネシウムを溶解させたものである請求項1〜3のいずれかに記載の二酸化炭素濃度の低減方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の二酸化炭素濃度の低減方法の接触工程の前記二酸化炭素吸着灰と、固化材とを混合し、固化させて人工石を得る固化工程を有する人工石の製造方法。
- 二酸化炭素を含む被処理気体と、焼却灰を含む分散液とを、接触させ、前記焼却灰に前記被処理気体に含まれる前記二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰とするための接触槽を有する、
前記被処理気体中の二酸化炭素濃度の低減装置。 - バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、
炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩からなる群から選択される2以上を含む人工石原料。 - 請求項7記載の人工石原料と、固化材とを含む人工石。
- バイオマス焼却灰に二酸化炭素が吸着した二酸化炭素吸着灰を含み、かつ、
炭酸・カルシウム・マグネシウム塩、炭酸・カリウム・カルシウム塩、炭酸カルシウム塩、および炭酸マグネシウム塩からなる群から選択される2以上を含む人工ゼオライト原料。 - 請求項9記載の人工ゼオライト原料と、アルカリ水溶液とを混合し、加熱することで人工ゼオライトを得る人工ゼオライトの製造方法。
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