JP5115923B2 - 二酸化炭素ガス回収装置 - Google Patents

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本発明は排気ガス中に含まれる二酸化炭素ガスを回収する装置に関し、特に空気中の炭酸ガスを炭酸カルシウムの形で回収する二酸化炭素ガス回収装置に関する。
従来、地球温暖化の原因となる二酸化炭素ガスや工場排気ガス中に含まれる二酸化炭素ガスを吸収・除去するには、特開平10−230131号公報により水酸化カルシウム(Ca(OH)2)水溶液と二酸化炭素(CO2)ガスを反応させて、炭酸カルシウム(CaCO3)として回収することが提案されている。
つまり、この公報では、水酸化カルシウム水溶液を薄層状として連続流下するか、薄膜状にして循環散水することが提案されている。
特開平10−230131
しかしながら、前記公報では、水酸化カルシウム水溶液を薄層状として連続流下するか、薄膜状にして循環散水することのみが開示されているだけで、具体的にどのような装置で、二酸化炭素ガスを省エネルギ的に反応・吸収させるのかについては全く開示がなく、実用化できなかった。
本発明の目的は、以上に述べたような従来の水酸化ナトリウムを用いた二酸化炭素ガスの回収方法の現状に鑑み、環境温暖化抑制の点からも要請が高まっている二酸化炭素ガスを省エネルギ的に、しかも効率的に吸収・回収できる具体的な装置を得るにある。
本発明によれば、この目的は、二酸化炭素ガスを含む排気ガスが導入される吸気口の上部に配置される水酸化カルシウム水溶液のシャワーノズル及び同シャワーノズルからの散水を受けるフィルタを内蔵する反応槽と、この反応槽の底部から炭酸カルシウムを含んだ処理液を流入されると同時に前記反応槽の内部液面と内部液面を同一液面レベルに保たれかつ内部に炭酸カルシウム分離用エリミネータを組み込まれた回収槽と、前記回収槽と前記シャワーノズルとの間に設けられる水酸化カルシウム水溶液を循環させる循環管路とを備える二酸化炭素ガス回収装置であって、前記反応槽は内部処理液の上部空間をそらせ板で排気ガス導入室及び除湿室に分割されると共に、同そらせ板の下端部は処理液水面の上方で終端されて反動水車で処理液上方空間を前記排気ガス導入室と前記除湿室の2つの空間に区画され、同反動水車は前記循環管路から分岐された反動スプレーからの吹付け水の噴射エネルギにより反動され、処理済空気が排出される前記除湿室中には排出処理済空気の除湿を行うエリミネータが配置される二酸化炭素ガス回収装置により達成される。
本発明によれば、排気ガス中の二酸化炭素ガスの大部分は反応槽内フィルタを通過する間に水酸化カルシウム水溶液に吸収され、残る二酸化炭素ガスも、無動力で回転される反動水車の回転運動に伴って処理液中を通る間に処理液中に確実に吸収され、回収槽で炭酸カルシュウムを除去・回収させた処理液を反応槽に再循環させるため、省エネルギで排気ガス中の二酸化炭素ガスを吸収・除去できると共に、機能維持や洗浄等の維持・管理が簡単な二酸化炭素ガス回収装置を得ることができる。
本発明の好ましい実施例の説明においては、
1)前記循環管路の循環ポンプ下流には必要に応じて石灰水または酸性水を混入するミキシング管路が付設され、同循環ポンプ上流には必要に応じて洗浄水を前記循環管路に導入できる洗浄管路が付設されることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素ガス回収装置、
2)前記循環管路には必要に応じて前記回収槽の下部及び循環管路に圧縮空気を圧入できる圧縮空気導入管路が付設されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二酸化炭素ガス回収装置、
3)反応槽の内部空間内に直接に洗浄水を導入できる前記洗浄管路から分岐された補助管路が設けられることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の二酸化炭素ガス回収装置
が説明される。
以下、図1について本発明の実施例の詳細を説明する。
図1中、符号「1」は工場排気ガス中の二酸化炭素ガスと水酸化カルシウムを反応させる反応槽を、符号「2」は処理液中に含まれる水酸化カルシウムを除去・吸収する回収槽を、符号「3」は水酸化カルシウムを除かれた処理液を反応槽1に再循環させる循環管路をそれぞれ示している。
詳細を説明すると、反応槽1の吸気口1aには二酸化炭素ガスを含んだ工場排ガス等の排気ガスが供給され、送風機Fに繋がれた同反応槽1の排気口1bからは、除湿・ペーハ調整後の浄化空気が吸引排出される。
前記反応槽1の内部は、斜降そらせ板4により上部空間を排気ガス導入室5と除湿室6に仕切られ、吸気口1aに連絡した排気ガス導入室5の上部には水酸化カルシウムの水溶液を噴射するシャワーノズル8が配置される。
そして、前記排気ガス導入室5の高さ方向中間部にはシャワーノズル8からの噴射水を受けて二酸化炭素ガスと水酸化カルシウムとの反応を促進させるフィルタ9が横架され、前記そらせ板4の下端部は排気ガス導入室5下部の処理液水面の上方で終端される。そらせ板4の下端部と処理液水面との間は図1の紙面と直角な方向に延長する反動水車11で区画される。
反応槽1は後述する循環管路3から分岐される反動スプレー12からの吹付け水により回転力が与えられ、同反動水車11の回転により排気ガス導入室5中の排気ガスが除湿室6中へ移行される。
そして、除湿室6の内部は上下2層の一次エリミネータ14及び二次エリミネータ16により仕切られ、同一次エリミネータ14及び二次エリミネータ16の間には必要に応じて排気のペーハ(pH)を整える調整シャワーノズル17が位置される。したがって、調整シャワーノズル17からの噴霧により酸性度を調整された排気ガスは二次エリミネータ16を通過する間に除湿され、排気口1bから外気に放出される。なお、前記反応槽1中の処理液水面のレベルW.Lは電極式レベルセンサ19で略一定高さに維持される。
前記反応槽1の下部空間と前記回収槽2の高さ方向中間部との間は中間管路21により結合され、この中間管路21を介して反応槽1の下部空間中の処理液が回収槽2中へ移行される。回収槽2の内部には炭酸カルシウム分離用エリミネータ22が位置されて処理液中の炭酸化カルシウムが同炭酸カルシウム分離用エリミネータ22に捕集されるが、同回収槽2の内部には処理液の流路を規制する複数のバッフル板23,24,25が配置される。なお、前記回収槽2の下部には排水管27が付設され、回収槽2の内部に捕集された炭酸カルシュウム液が排水管27を通して外部へ取出され、セメントへの混入等の廃棄物処理やリサイクルが行われる。
内部液面レベルを共通な状態に保たれる前記回収槽2と反応槽1との間には、一端を回収槽2の上部に、他端を前記シャワーノズル8に繋がれた循環管路3が設けられ、中間部に循環ポンプ29を組み込まれた循環管路3を通して回収槽2の内部処理液が反応槽1へ循環される。
また、循環管路3には、循環ポンプ29の下流側に位置したミキシング管路31が付設され、このミキシング管路31に対しては必要に応じて石灰水タンク33または酸性水タンク34から水酸化カルシウム水溶液または酢酸などの洗浄用酸性水を圧送することができる。
前記循環管路3には、循環ポンプ29の上流に結合された洗浄管路35が付設され、この洗浄管路35を通して給水タンク36に貯留された洗浄水が循環管路3の水洗時に流入される。また、同循環管路3からは第1補助管路37が分岐され、前記調整シャワーノズル17に繋がれる第1補助管路37から除湿室6の内部に洗浄水が送り込まれる。さらに、洗浄水源からの洗浄水を給水タンク36へ導く給水管45には第2補助管路38が付設され、前記反応槽1の下部空間に連絡する同第2補助管路38から反応槽1の内部へ直接に洗浄水を導入できる。
一方、圧縮空気源に一端を結合される圧縮空気導入管路41は、前記回収槽2の下部及びバイパス管43を介して循環ポンプ29の上流側に洗浄時に圧縮空気を圧送できる。即ち、圧縮空気導入管路41は、反応槽1、回収槽2、循環管路3の洗浄時に、これらに泡状の圧縮空気を圧入して槽内や管内にキャビテーションを生起させ、槽内や管内に付着した水酸化カルシウム等の異物剥離のために用いられる。
前記中間管路21と循環管路3との間にはバイパス管43が付設され、反応槽1のみの洗浄時に、回収槽2とは無関係に同バイパス管43を介して短絡的に洗浄水を循環させることができる。
なお、図1中、符号51〜56は必要に応じて手動または電磁的に操作される三方弁または二方弁であるが、これらの機能は後述の動作説明から明らかになる。
図示実施例による二酸化炭素ガス回収装置は、以上のような構造であるので、通常運転時、全体洗浄時、部分洗浄時の動作は次の通りである。
通常運転時
送風機Fの吸引力及び反動水車11の回転により、二酸化炭素ガスを含んだ排気ガスが吸気口1aから反応槽1の内部へ吸込まれる。即ち、シャワーノズル8からの処理液シャワー中の水酸化カルシウムと二酸化炭素ガスとが排気ガス導入室5中で反応されるが、排気ガス導入室5内では、循環管路3から供給される水酸化カルシウム水溶液のシャワーがシャワーノズル8から導入排気ガスに散布され、フィルタ9を通る間に、接触面積の増加により水酸化カルシウムと二酸化炭素ガスとの反応が促進され、反応後の炭酸カルシウムを含んだ処理液はフィルタ9から滴下し、反応槽1の下部空間中に溜まる。
反応槽1の下部空間中に貯留された処理液は、循環管路3の循環ポンプ29の吸引により中間管路21を通って回収槽2中に流入し、回収槽2の内部を貫流した後、循環ポンプ29の上流側に戻る。この場合、回収槽2の内部では、炭酸カルシウム分離用エリミネータ22を通る際に処理液中に含まれる炭酸化カルシウムが除去されると同時に、炭酸カルシウム分離用エリミネータ22では捕集されなかった細かな炭酸カルシウムが回収槽2の内部で沈殿され、これらの捕集炭酸カルシウムは排水管27から外部へ定期的または不定期に排出される。
そして、回収槽2を流下した処理液は回収槽2の上部から循環管路3中へ流入され、循環ポンプ29による圧送で再度反応槽1へ戻されるが、反応槽1の下部に設けるペーハセンサの監視で石灰水タンク33から循環処理液中に水酸化カルシウムが混入され、処理液中の水酸化カルシウムの状態が略一定の状態になるように制御される。
一方、フィルタ9を通った排気ガスは反動水車11の回転により反応槽1の下部空間中に貯留された処理液に接触されて含まれた炭酸カルシウムや他の不純物を除かれ、除湿室6に到達した排気ガス中の残留二酸化炭素ガスが、一次エリミネータ14を通過する間に、ペーハセンサで監視されるシャワーノズル8からの洗浄水散布で除去される。そして、一次エリミネータ14を通過した処理済排気ガス中の過剰水分が二次エリミネータ16を通る間に取り除かれ、排気口1bから外気へ放出される。
全体洗浄時
洗浄開始時にあっては、吸気口1a及び排気口1bがダンパーでそれぞれ閉じられ、循環管路3に対する石灰水タンク33からの水酸化カルシウムの供給が停止され、代わって酸性水タンク34から酸性水が循環管路3中へ流入され、シャワーノズル8から酸性水入りの処理液散布が行われる。
このため、酸性の処理液流過で循環管路3の管内、反応槽1のフィルタ9、そらせ板4、反動水車11の表面、中間管路21の管内、炭酸カルシウム分離用エリミネータ22及びバッフル板23,24,25の表面に付着した炭酸カルシウム等の付着物が溶解され、循環洗浄水が排水管27から外部へ排出され、排水処理が行われる。
この酸化洗浄の際、圧縮空気を圧縮空気導入管路41から回収槽2の下部及び循環管路3中に圧送でき、泡状となる圧縮空気でキャビテーション現象を起し、回収槽2及び循環管路3内異物の剥離洗浄を行うことができる。
酸化洗浄工程の後、三方弁56が切換えられ、給水タンク36から循環管路3及びシャワーノズル8に、給水管45から反応槽1の下部空間に洗浄水が送り込まれ、水洗が行われる。
部分洗浄
反応槽1内部のみの洗浄‐この場合は三方弁53,54の切換により中間管路21の処理液がバイパス管43を通り循環ポンプ29の上流側に側路される。この結果、反応槽1中の処理液がバイパス管43及び循環管路3により循環状態におかれ、反応槽1の内部のみの洗浄が行われる。
また、回収槽2内部のみの洗浄の場合は、三方弁56の切換により循環管路3中の洗浄水が中間管路21に供給され、循環管路3、中間管路21、回収槽2で構成される閉ループの洗浄水の循環により回収槽2の内部の洗浄が行われることになる。
前述した本発明の実施例の説明では、二酸化炭素ガス回収装置を工場排気ガスの処理に使用する場合について説明したけれども、本発明の二酸化炭素ガス回収装置は、ゴム・カーボン・石炭とうの引火性粉塵混入空気の処理装置、車両用トンネル内の空気浄化設備、火山灰や火山性ガス発生場所の空気浄化設備として活用できる。
本発明の二酸化炭素ガス回収装置の全体構成図である。
符号の説明
1 反応槽
2 回収槽
3 循環管路
4 そらせ板
5 排気ガス導入室
6 除湿室
8 シャワーノズル
9 フィルタ

Claims (4)

  1. 二酸化炭素ガスを含む排気ガスが導入される吸気口の上部に配置される水酸化カルシウム水溶液のシャワーノズル及び同シャワーノズルからの散水を受けるフィルタを内蔵する反応槽と、この反応槽の底部から炭酸カルシウムを含んだ処理液を流入されると同時に前記反応槽の内部液面と内部液面を同一液面レベルに保たれかつ内部に炭酸カルシウム分離用エリミネータを組み込まれた回収槽と、前記回収槽と前記シャワーノズルとの間に設けられる水酸化カルシウム水溶液を循環させる循環管路とを備える二酸化炭素ガス回収装置であって、前記反応槽は内部処理液の上部空間をそらせ板で排気ガス導入室及び除湿室に分割されると共に、同そらせ板の下端部は処理液水面の上方で終端されて反動水車で処理液上方空間を前記排気ガス導入室と前記除湿室の2つの空間に区画され、同反動水車は前記循環管路から分岐された反動スプレーからの吹付け水の噴射エネルギにより反動され、処理済空気が排出される前記除湿室中には排出処理済空気の除湿を行うエリミネータが配置されることを特徴とする二酸化炭素ガス回収装置。
  2. 前記循環管路の循環ポンプ下流には必要に応じて石灰水または酸性水を混入するミキシング管路が付設され、同循環ポンプ上流には必要に応じて洗浄水を前記循環管路に導入できる洗浄管路が付設されることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
  3. 前記循環管路には必要に応じて前記回収槽の下部及び循環管路に圧縮空気を圧入できる圧縮空気導入管路が付設されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
  4. 反応槽の内部空間内に直接に洗浄水を導入できる前記洗浄管路から分岐された補助管路が設けられることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の二酸化炭素ガス回収装置。
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