JP7048125B1

JP7048125B1 - 二酸化炭素固定装置

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Publication number: JP7048125B1
Application number: JP2021079418A
Authority: JP
Inventors: 健司反町
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Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: JP2022105973A

Abstract

【課題】二酸化炭素を含む大量の気体から連続的かつ効率的に二酸化炭素を固定可能とし、現有設備にも容易に適用可能な二酸化炭素固定装置を提供する。
【解決手段】固定反応液供給装置７Ａとこれに接続された複数本のノズル２０と二酸化炭素を含む気体を基端側から導入し先端側から放出する管状の反応管１０Ａとを備え、導入した気体にノズルで固定反応液を接触させて二酸化炭素の固定を行う二酸化炭素固定装置１Ａであって、その反応管は、基端側から先端側に向かって斜め上向きに配置されるとともに内側面に付着した液体が壁面を伝って基端側に向かって自重で流下する形状とされ、ノズルから噴出した固定反応液が気体の二酸化炭素を吸収しながら反応管内で流下する過程で固定反応を進め、反応管基端側の固定反応液排出路５に流入して下流側のフィルタ６で二酸化炭素の固定物が回収可能な状態となる、二酸化炭素固定装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素固定装置に関し、殊に、燃焼排ガス等の二酸化炭素を含む大量の気体を導入して連続的に二酸化炭素を固定しながらその濃度を零もしくは低下させて他のガスを放出する二酸化炭素固定装置に関する。

人類の様々な活動に伴う二酸化炭素の排出は、地球温暖化の主たる原因とされているため、その大幅かつ早急な削減が求められている。この問題に対し、特開平６－２６３４３３号公報には、工場や火力発電所等から排出される燃焼ガスに含まれる二酸化炭素を固定する技術として、水酸化ナトリウム水溶液に二酸化炭素を含む燃焼排ガスを反応させることで炭酸ナトリウムを生成させる方法とその装置が提案されている。

しかし、上述した方式では、大量の二酸化炭素を固定しながらその反応生成物を有効に再利用するという観点において不充分であった。また、火力発電所の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素をアミンで吸収させる方法も近年実施されているが、吸収した二酸化炭素の放出に加熱が必要になることに加え、その実施には大規模なプラントの建設が必要となる。そのため、新たな方式による二酸化炭素の固定方法とそれを実施する簡易な装置の開発が望まれていた。

そこで、本願発明者らは、先に特許第６７８３４３６号公報において、水酸化ナトリウムを含むとともに第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物の少なくとも一方を含む混合液と、二酸化炭素を含む気体とを接触させる接触工程を含み、その混合液における水酸化ナトリウムの濃度を０．２Ｎ以下とする二酸化炭素の固定方法及び装置を提案し、その第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物の少なくとも一方に塩化カルシウムを使用するものとして、その濃度を０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上とする新たな方式を提案した。

また、本願発明者らは、上述した特許文献において、二酸化炭素の固定反応液として使用する上記混合液について、二酸化炭素を含む気体中に噴霧することによっても二酸化炭素を充分に固定することができ、かつ気体中の二酸化炭素濃度の低減に極めて有効であることを実験で明らかにしており、そのための装置を提案している。

さらに、本願発明者らは、特許第６７８８１７０号公報において、第１の工程で二酸化炭素を含む気体に水酸化ナトリウム水溶液を接触させて炭酸イオンを生成させ、第２の工程で塩化カルシウム水溶液を添加して炭酸カルシウムを生成する２ステップ式の工程を実施する新たな方式を提案しており、第１の工程による水酸化ナトリウムの濃度が高いと判断した場合に、第２の工程の前に水を添加して希釈することで水酸化カルシウムの生成を抑制して、炭酸カルシウムの生成量を確保可能であることを示した。

しかしながら、上述した二酸化炭素の固定方法を実施する装置においては、その固定反応の殆どがバッチ法で行われることから、溶液の補充や交換等を行う度に反応を一時的に止める必要があるため、連続的に稼働している火力発電所や焼却炉から排出される二酸化炭素を固定化する手段としては、不充分であると言わざるを得ない。また、前述のようにその稼働を停止しにくい現有設備において、上述した二酸化炭素固定装置を新たに構築して設けることも容易なことではない。

特開平６－２６３４３３号公報特許第６７８３４３６号公報特許第６７８８１７０号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、二酸化炭素固定装置について、二酸化炭素を含む大量の気体から連続的かつ効率的に二酸化炭素を固定可能とするとともに、現有設備にも容易に適用できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、二酸化炭素固定剤を含有した固定反応液を供給する固定反応液供給手段と、二酸化炭素を含む気体を基端側開口部から導入して先端側開口部から放出する管状の反応管とを備え、反応管内部に導入した前記気体に前記固定反応液供給手段で固定反応液を供給して接触させることで二酸化炭素の固定を行う二酸化炭素固定装置において、その反応管は、基端側から先端側に向かって全体として直立又は斜め上向きに配置されるとともに、その内側面に付着した液体が壁面を伝って低い位置に集まりながら基端側に向かって自重で流下する形状とされており、その固定反応液供給手段は、反応管内部で先端が開口する複数本のノズルを有してその先端から固定反応液を噴出するものとされ、噴出した固定反応液が、気体の二酸化炭素を吸収しながら反応管の内側面に付着して反応管内を流下する過程で固定反応を進めるとともに、反応管基端側に開口した固定反応液排出路に流入して、その下流側の固定物回収手段により二酸化炭素の固定物が回収可能な状態とされる、ことを特徴とするものとした。

このように、管状の反応管の基端側から二酸化炭素を含む気体を導入しながら反応管内部に配設したノズルから固定反応液を噴出して気体と接触させることで二酸化炭素を吸収するものとし、反応管内部の壁面を伝って固定反応液を下側に集めながら傾斜面に沿って流下させる行程で二酸化炭素の固定反応を進める方式を採用したことにより、火力発電所や工場の燃焼装置のように大量の燃焼ガスが連続的に排出されるような設備であっても、二酸化炭素を連続的かつ大量に固定することが可能となり、且つ、構成が簡易な装置を排気通等に接続して設ける方式であるため、稼働中の現有設備に対し容易に併設して適用することが可能である。

また、この二酸化炭素固定装置において、その複数本のノズルのうち少なくとも一部は、固定反応液を噴霧することで霧状にして前記気体と接触させることが可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、固定反応液を大量の微細な液滴の状態にして反応管内で浮遊させることで広い接触面積と長い接触時間を確保可能となるため、連続的かつ大量に二酸化炭素が排出される状況においても、効率的な固定反応を実現して大量の二酸化炭素を固定することができる。

さらに、上述した二酸化炭素固定装置は、水酸化ナトリウムと、第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方を、二酸化炭素固定剤として使用することを特徴としたものとすれば、効率的かつ確実な二酸化炭素の固定が実現可能なものとなる。

この場合、その固定反応液供給手段は、反応管内部の基端側から先端側に亘って複数本のノズルを連設して備えており、その上側所定範囲のものが水酸化ナトリウム水溶液を供給し、その下側所定範囲のものが第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方の水溶液を供給するものとして、反応管の上側と下側における２段階の反応により二酸化炭素の固定を行う、ことを特徴としたものとすれば、高濃度の二酸化炭素を含む燃焼排ガス等の気体が対象であっても、高濃度の水酸化ナトリウム水溶液を接触させて反応させることが可能になるため、大量の二酸化炭素を効率的に固定することができる。

またこの場合、その反応管内で液体が流れ落ちる流路の所定位置には、炭酸イオン濃度を測定するセンサが配置されており、そのセンサによる測定データを基に、反応管内で供給される第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方による水溶液の濃度又は／及び供給量が調整される、ことを特徴としたものとすれば、二酸化炭素の固定反応の状態及びその反応による固定物の生成量をコントロールしやすいものとなる。

さらに、この二酸化炭素固定装置において、その反応管内部の所定位置には、前記センサによる測定データを基に水を噴出して反応管内部で流下する液体中の炭酸イオン濃度を低下させる希釈手段が配設されている、ことを特徴としたものとすれば、高濃度の水酸化ナトリウムを供給することによる過剰な反応を抑えて、二酸化炭素固定物の生成量を確保しやすいものとなる。

そして、上述した水酸化ナトリウムと、第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方を、二酸化炭素固定剤として使用する上述した二酸化炭素固定装置において、その第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方が塩化カルシウムである、ことを特徴としたものとすれば、二酸化炭素の固定物として産業上利用価値の高い素材である炭酸カルシウムが得られるものとなる。

加えて、上述した二酸化炭素固定装置において、その反応管の形状は、管体が同一平面上で往復するように屈曲を繰り返されてなるジグザグ型又は蛇行型である、ことを特徴としたものとすれば、装置を過剰に大きくすることなく、二酸化炭素を含んだ気体との接触距離・時間を長く確保しながら反応液が流下する傾斜を形成した部分による経路を長く確保することができ、二酸化炭素の固定反応を充分に行いやすいものとなる。

或いは、その反応管の形状は、管体が螺旋状に１段以上巻回されてなる螺旋型である、ことを特徴としたものとすれば、二酸化炭素を含んだ気体との接触距離・時間をより長く確保しながら傾斜面を形成した部分による経路をさらに長く確保可能なものとなる。

さらに、上述した二酸化炭素固定装置において、塩化ナトリウム水溶液を電気分解して水酸化ナトリウム水溶液を生成させる水酸化ナトリウム生成手段を備えており、生成した水酸化ナトリウム水溶液を、固定反応液の一部又は全部として使用することが可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、固定物を除いた後の塩化カルシウム水溶液から水酸化ナトリウムを再生して循環使用することができるため、装置の運転コストを大きく低減させることができる。

この場合、その電気分解する塩化ナトリウム水溶液の一部又は全部として海水を使用可能とされており、且つ、海水を電気分解して得られた塩化カルシウム水溶液を固定反応液の一部又は全部として使用可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、装置の運転コストを一層低減させることが可能なものとなる。

さらに、上述した二酸化炭素固定装置において、その固定反応液を噴出するノズルのうち少なくとも一部は、その反応管の内部に挿設された複数本の固定反応液供給管の外周面に各々連設されている、ことを特徴とするものとすれば、簡易かつコンパクトな構成で二酸化炭素を含む気体と固定反応液との接触効率を高めることができるため、反応管の形状を複雑にしたり過剰に長くしたりすることなく、低廉な設置コストで多量の二酸化炭素を固定可能なものとなる。

さらにまた、上述した二酸化炭素固定装置において、その反応管における先端側の１箇所又は前記先端側及び固定反応液排出路開口側の２箇所に、基端側開口部から導入した気体が反応管の外部に排出される経路を全開状態と閉止又は狭小化した状態との間で開閉操作するための開閉弁を配設して、この開閉弁の作動により気体の排出経路を閉止又は狭小化することにより、反応管の内圧を上昇させて二酸化炭素の固定を促進させることを特徴とするものとすれば、固定反応を行う空間部分の圧力を上昇させることができ、一層効率的な二酸化炭素の固定化を実現することができる。

管状の反応管内に導入した二酸化炭素を含む気体に固定反応液を噴出して接触させるとともに、接触後の固定反応液が反応管内の傾斜した壁面を伝って流下しながら二酸化炭素の固定反応を進める方式とした本発明によると、二酸化炭素を連続的かつ効率的に固定可能としながら、現有設備にも容易に適用できるものとなる。

本発明における実施の形態である二酸化炭素固定装置の縦断面図である。図１の二酸化炭素固定装置の変形例を示す縦断面図である。図２の二酸化炭素固定装置の変形例を示す縦断面図である。図１の二酸化炭素固定装置の応用例を示す縦断面図である。図１の二酸化炭素固定装置の他の応用例を示す縦断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、図１乃至図５の二酸化炭素固定装置における反応管の変形例を示す縦断面図である。図１乃至図５の二酸化炭素固定装置における反応管の他の変形例を示す正面図である。（Ａ）は図１の二酸化炭素固定装置における反応管部分の拡大した縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の応用例を示す拡大した縦断面図である。（Ａ）は反応管におけるノズルの配設方法の変形例を示す端面部分図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図１の二酸化炭素固定装置における反応管の放出口付近にミスト捕集手段を配設した例を示す縦断面部分図である。図１の二酸化炭素固定装置の他の応用例を示す縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明において、管状及び管体には横断面形状が円形状のほか多角形状も含まれるものとする。

図１は、本発明における実施の形態である二酸化炭素固定装置１Ａを示している。この二酸化炭素固定装置１Ａは、火力発電所や焼却炉等の比較的大規模で大量の燃焼ガスを連続的に排出する燃焼設備に適用することを想定したものであり、二酸化炭素を含む排気を導入して含有する二酸化炭素の固定を行うことにより、その濃度を大幅に低下させて大気に放出するための装置である。

本発明において使用する二酸化炭素の固定方法は、基本的には本願発明者らが先に出願した特許第６７８３４３６号公報、特許第６７８８１７０号公報等で提案している方法を用いるものであるが、本発明は、その二酸化炭素の固定方法を実施するための装置の構成に特徴があり、高濃度の二酸化炭素を含む燃焼ガスを連続的かつ大量に排出する火力発電所等の大規模設備から、低濃度の二酸化炭素を含む大気まで、様々な状況に対応しながら連続かつ効率的に二酸化炭素を固定することを可能としている。

尚、本発明においては、水酸化ナトリウムと、第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方を、二酸化炭素を固定する二酸化炭素固定剤として使用することを想定しているが、素材の入手の容易さ・価格の安さ、固定反応による生成物（固定物）の産業上の利用価値の高さ、等の観点から、前述した第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方として、塩化カルシウムが最適であると考えられるため、以下の実施の形態においてはこれを使用する場合を説明する。

本実施の形態の二酸化炭素固定装置１Ａは、その固定反応液供給手段として固定反応液供給装置７Ａ及びこれに配管２００で各々接続された複数本のノズル２０を備えているとともに、二酸化炭素を含む気体を基端側の気体導入路１０ａの開口部から導入して先端側の開口部である放出口１０ｃから放出する管状の反応管１０Ａを備えており、その反応管１０Ａの内部に導入した気体に、各ノズル２０から固定反応液を供給して接触させるようになっている。

本実施の形態で使用する固定反応液は、水酸化ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液の混合液であり、それを供給する固定反応液供給装置７Ａは、その内部に、図示しない水酸化ナトリウム水溶液のタンク、塩化カルシウム水溶液のタンク、水タンク（水道直結も可）が各々電動ポンプを有して内装されており、各配管２００で送出する前に、装置内でこれらを混合しながら二酸化炭素固定剤の各濃度を調整してから、固定反応液として供給するようになっている。

管状に形成された反応管７Ａは、基端側から先端側に向かって全体として斜め上向きに配置された登り窯状とされているとともに、その内側空間には反応室１０ｂが形成されており、その反応室１０ｂの内側面に付着した液体が壁面を伝って低い位置に集まりながら基端側に向かって自重で流下するような形状とされている。また、固定反応液を供給する各ノズル２０は、反応管７Ａの反応室１０ｂ内において、その基端側から先端側に亘って左右両側面及び上面（頂壁）において反応室１０ｂの中心線に向くように複数本連設されており、各先端から固定反応液を噴出するようになっている。

また、各ノズル２０は、噴出する液体の粒径及び噴出量を固定反応液供給装置７Ａ側の自動操作又はマニュアル操作により調整可能とされている。即ち、その複数本のノズル２０のうち、導入する気体の温度が高く固定反応液の液滴が蒸発して二酸化炭素固定剤の濃度が高くなりやすい位置にあるものは、粒径の大きな液滴を噴出し、気体の温度が下がり水滴が蒸発しにくい位置にあるものは、粒径の小さな液滴を噴霧する、等の細かい調整が行えるようになっている。尚、このように固定反応液を噴霧して供給できるようにしたことで、固定反応液を大量の微細な水滴の状態にして反応室１０ｂ内で浮遊させながら広い接触面積と長い接触時間を確保することができるため、二酸化炭素を含む気体が連続的かつ大量に導入される状況であっても、効率的かつ充分な二酸化炭素の固定反応を確保することができる。

そして、この反応管１０Ａは、反応室１０ｂ内に噴出されて気体の二酸化炭素を吸着した固定反応液の液滴が、反応室１０ｂの内側面に付着して傾斜した壁面を伝いながら自重で流下する形状となっており、これが１本の流れになって反応管１０Ａの基端側に達することで、その底部側に開口した固定反応液排出路５に流入する。そして、その下流側に固定物回収手段として配設されたフィルタ６により、固体になった二酸化炭素の固定物（炭酸カルシウム）が捕捉されて回収可能な状態となる。

このように、本発明は、斜め上向きに配置された管状の反応管７Ａの基端側（下側）から二酸化炭素を含む気体を連続的に導入しながら、反応管７Ａ内部の反応室１０ｂに配置した各ノズル２０から固定反応液を噴出し気体と接触させて二酸化炭素を吸着するものとして、二酸化炭素を吸着した固定反応液が、傾斜した壁面を伝って下側に集まって流下する過程において、二酸化炭素の固定反応を進める方式を採用している。これにより、反応管１０Ａ基端側の気体導入路１０ａ開口部から導入された気体が、反応室１０ｂ内部を斜め上向きに上昇するに従って二酸化炭素濃度が低下するものとして、二酸化炭素濃度が大幅に低下した状態で先端側の放出口１０ｃから外部に放出されることになる。

そのため、火力発電所や焼却炉、工場の燃焼装置のように、大量の燃焼ガスが連続的に排出されるような比較的大規模な設備であっても、バッチ法による場合のように固定反応液の補充や交換等のため一時的に反応を止める必要もなく、大量の二酸化炭素を連続的に固定することが可能なものとなり、且つ、上述したように、この二酸化炭素固定装置は極めて簡易な構成からなることに加え、設備の排気通路に接続するだけで併設できるため、状出したような現有設備に対しても比較的容易に適用することが可能である。

尚、反応管１０Ａ内に配設したノズルのうち、最も上側にある数本のノズル２１は、水供給装置７０から配管２０１を介して送出された水を反応管１０Ａ内部先端側で噴出することが可能とされており、固定反応液を噴出するノズル２０よりも強い噴出力で水膜を形成して、下側のノズル２０で霧状に噴出した固定反応液が反応管１０Ａ内部に留まりやすくする機能を発揮することができる。また、このノズル２１は、固定反応液供給装置７Ａによる自動操作又はマニュアル操作により作動して、反応室１０ｂ内で流下する固定反応液中の炭酸イオンの濃度を低下させる希釈手段として機能させることもできる。

図２は、図１の二酸化炭素固定装置１Ａの変形例としての二酸化炭素固定装置１Ｂを示している。この固定反応液供給装置７Ｂは、反応室１０ｂ内の基端側から先端側に亘って連設された複数本（本実施の形態では合計２７本）のノズルのうち、その上側の２１本が水酸化ナトリウム水溶液を供するノズル２０で、その下側の３本が塩化カルシウム水溶液を供給するノズル２２とされており、反応管１０Ａの上側と下側における２段階の反応により、二酸化炭素の固定反応を行うようになっていることを特徴としている。

このように、異なる二酸化炭素固定剤で２ステップ方式とも言える反応を進める構成を採用したことにより、高濃度の二酸化炭素を含む燃焼排ガス等に対し、上側のノズル２０から高濃度の水酸化ナトリウム水溶液を噴射して接触・反応させることが可能になるため、混合液で反応を行う場合のように固定物の炭酸カルシウム中に水酸化カルシウムを混在させることなく、大量の二酸化炭素を効率的に固定することができる。

また、本実施の形態における固定反応液供給装置７Ｂは、その内部に水酸化ナトリウム水溶液用のタンクと塩化カルシウム水溶液用のタンクが内装されており、異なる二酸化炭素固定剤を別個に送出するようになっている。尚、反応室１０ｂ内に配設したノズルのうち、最も上側にある３本のノズル２１が水供給装置７０から配管２０１を介して送出された水を反応管１０Ａ内部先端側で噴出するとともにこれが希釈手段を兼ねられることは、上述した二酸化炭素固定装置１Ａと同様である。

さらに、その反応管１０Ａ内で液体が流れ落ちる流路の下側部分には、炭酸イオン濃度を測定するためのセンサ９０ｂが配置されており、このセンサ９０ｂによる測定データを検知している固定反応液供給装置７Ｂの図示しない制御手段が、その下流側で供給される塩化カルシウム水溶液の供給量と濃度を調整可能とされており、これにより、二酸化炭素の固定反応の状態とそれによる炭酸カルシウムの生成量を調整することが可能とされている。

さらに、本実施の形態では、二酸化炭素を含む気体を導入する気体導入路１０ａの開口部側に、導入する気体の流量、温度、二酸化炭素濃度を測定するセンサ９０ａが配設されており、そのセンサ９０ａの測定データを検知した固定反応液供給装置７Ｂの制御手段が、各ノズル２０，２１，２２から噴出する液の量・水滴の大きさ、二酸化炭素固定剤の濃度等を、ノズルごとに自動調整を行う設定も可能とされている。

図３は、図２の二酸化炭素固定装置１Ｂの変形例である二酸化炭素固定装置１Ｃを示している。この二酸化炭素固定装置１Ｃは、上述した二酸化炭素固定装置１Ｂの固定反応液排出路５が斜め下向きに延長されるとともに反応室１０ｂ側に配設されていた塩化カルシウム水溶液用の複数本のノズル２２が配設されてなる傾斜した第２反応管１１を備えており、且つ、その下流側に固定物回収手段としてのフィルタ６及び沈殿槽１２を備えている点を特徴としている。

このように、反応管１０Ａの基端側に配置されていた塩化カルシウム水溶液用のノズル２２を、固定反応液排出路が傾斜して延長された管内に配設して第２反応管１１を構成したことにより、反応管１０Ａの反応室１０ｂ内に配置する水酸化ナトリウム水溶液用のノズル２０の数を増やせるとともに、第２反応管１１が２ステップ式の固定化反応の後半部分を行う部分として機能するものとなるため、一層長い反応経路を確保しながら効率的且つ確実な固定反応を実現することができる。

また、第２の固定物回収手段として配設された沈殿槽１２は、フィルタ６を通過した反応後の液体を貯留しながら残存した二酸化炭素の固定物である炭酸カルシウムを沈殿させて、上澄みの液体部分（塩水）のみを排水管１２ａから排出することができる。また、沈殿した炭酸カルシウムはバルブ１２ｂを開くことで容易に排出できることから、大量の二酸化炭素を連続的に固定しながら、大量の固定物を容易な手順で回収することが可能となる。

図４は、図１の二酸化炭素固定装置１Ａの応用例としての二酸化炭素固定装置１Ｄを示している。この例では、上述した二酸化炭素固定装置１Ａの固定反応液排出路５末端側の排水管８に、フィルタ６で固定物を回収した後の液体（塩水）を電気分解して、水酸化ナトリウム水溶液を再生させる水酸化ナトリウム再生装置１３を接続した状態で備えており、再生した水酸化ナトリウム水溶液を、固定反応液供給装置７Ａに送って再使用できるようにした点を特徴としている。

このように、固定物を回収した後で廃棄される液体（塩水）について、水酸化ナトリウム再生装置１３で電気分解することで水酸化ナトリウム水溶液を再生して固定反応に再使用する方式を採用したことで、水酸化ナトリウムの循環使用を実現可能なものとなるため、装置の運転に要するコストを大きく低減させることができる。また、塩化カルシウム水溶液から、水素と塩素を生成して得ることもできる。尚、この実施例による特徴部分は、上述した二酸化炭素固定装置１Ｂ，１Ｃにも適用することができる。

図５は、図１の二酸化炭素固定装置１Ａの他の応用例としての二酸化炭素の定装置１Ｅを示している。この例では、上述した二酸化炭素固定装置１Ａの固定反応液供給装置７Ａに、海水を電気分解して水酸化ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を生成する海水電気分解装置１４が接続されており、海水から生成した水酸化ナトリウム及び塩化カルシウムを二酸化炭素固定剤の一部又は全部として使用可能とした点を特徴としている。

これにより、上述した二酸化炭素固定剤を別途入手することが不要となるか入手量が削減されるため、装置の運転コストを一層低減させることができる。尚、海に近い施設で使用する場合は、吸入口を海中に配置したパイプを海水電気分解装置１４に接続して海水を連続的に供給するようにしても良い。また、海水からは水素、塩素、水酸化マグネシウム等の他の含有成分も生成して得ることができる。尚、この実施例の特徴部分は、上述した二酸化炭素固定装置１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにも適用できることは言うまでもない。

図６の（Ａ），（Ｂ）は、上述した二酸化炭素固定装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅにおける反応管１０Ａの変形例としての反応管１０Ａ，１０Ｂを示しているが、その形状は管体が同一平面上で往復するように屈曲を繰り返されてなるものであって、（Ａ）の反応管１０Ｂがジグザグ型、（Ｂ）の反応管１０Ｃが蛇行型の場合である。

このように、二酸化炭素を含む気体と固定反応液を接触させて吸着及び固定反応を行わせるための反応管として、上述した形状のものを採用することにより、装置全体を過剰に大きくすることなく二酸化炭素を含んだ気体との接触距離・時間を長く確保しながら、反応液が流れる傾斜を形成した部分による経路を長く確保することができるため、二酸化炭素の固定反応が充分かつ確実に行われるものとなる。

或いは、図７に示すように、管体が螺旋状に１段以上巻回されてなる螺旋型の形状を呈した反応管１０Ｄとすれば、二酸化炭素を含んだ気体との接触距離・時間をさらに長く確保しながら、反応液が流れる傾斜面を形成した部分をより長く確保することができ、二酸化炭素の固定反応が一層充分かつ確実に行われるものとなる。また、この形状は、反応管として最も安定した状態で直立させやすいものとなっている。

尚、上述した反応管の変形例においても、各ノズルの配置は二酸化炭素固定装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅと同様に配置すれば良いが、図８（Ａ）に示すように、反応管１０Ａ内部に形成された反応室１０ｂ内の壁面のうち、ノズル２０を上面側と左右両側面の上側に配設することのほか、図８（Ｂ）に示すように、ノズル２０の先端が壁面から突出しているものである限り、壁面の下側（低い位置）に配設して上向きに噴射するものであっても良い。

また、上述した総ての例に共通して、反応管内に導入される気体の導入圧が弱い場合には、反応管の基端側に送風手段を配設して、気体を圧送するようにしても良い。さらに、反応管や固定反応液排出路の内側面には、付着した液体を流れやすくする撥水加工を施したり、固定反応等により析出した成分が固着しないように防汚加工を施したりすることが推奨される。さらにまた、各例において使用する電力は、装置に付設した太陽光発電パネルから供給されるようにしても良く、これにより、二酸化炭素の大気中への全体放出量をさらに削減することができる。

図９は反応管におけるノズルの配設方法の変形例を示している。上述した各実施の形態において、その固定反応液を噴出するノズル２０は反応管１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの内壁面に配設されているが、この変形例では、図（Ａ）の端面部分図に示すように、その反応管１０Ｅの内部である反応室１０ｆを横断するように外部から挿入された複数本の固定反応液供給管２５０が縦方向に連設されており、その固定反応液供給管２５０の外周面下側に固定反応液を噴出するノズル２０が長手方向に亘って所定間隔で各々連設されている。

また、この変形例においては、図（Ｂ）の横断面図に示すように、上述した固定反応液供給管２５０が反応室１０ｆ内で横方向に連設されており、そのノズル２０は反応室１０ｆを横断した水平面による空間の殆どをカバーするように、まんべんなく配置された状態になっている。

このようなノズル２０の配設方法を採用したことで、二酸化炭素を含む気体と固定反応液との接触容積を大きくした場合と同様の効果が期待できるため、効率良く二酸化炭素の固定反応が行われる。そのため、二酸化炭素の固定化反応を行う反応管を、複雑な形状にして長くしたり過剰に太くしたりしなくても、簡易かつコンパクトな構成により多量の二酸化炭素を低コストで固定することが可能なものとなる。尚、斯かるノズル２０の配設方法は、上述した総ての実施の形態・例における総てのノズル２０，２１，２２についても適用することができる。

図１０は、図１の二酸化炭素固定装置１Ａにおける反応管１０Ａの放出口１０ｃ付近にミスト捕集手段１９を配設した実施例を示している。このように、反応室１０ｂの末端側にミストを捕集するための手段を配設したことで、二酸化炭素の固定を行った後に排出される気体に含まれる水分量を大幅に減少させて清澄な排気を実現することができる。尚、捕捉したミストによる水分は、反応管の内壁を伝ってそのまま流下するようにしても良い。また、このミスト捕集手段１９は、上述した総ての実施の形態・例において適用することができる。

図１１は、図１の二酸化炭素固定装置１Ａの応用例としての二酸化炭素固定装置１Ｆを示している。この例では、反応管１０Ｆにおける先端側及び固定反応液排出路５の開口側の２箇所に、気体導入路１０ａから導入した気体が反応管１０Ｆの外部に排出される経路を全開状態と閉止又は狭小化した状態との間で開閉操作するための開閉弁である電磁弁１７，１８を配設して、この電磁弁１７，１８を用いて気体の排出経路を開状態から閉止又は狭小化することで、反応管１０Ｆの内圧を上昇させて二酸化炭素の固定反応を促進させることを可能にしたことを特徴としている。

即ち、ガスの圧力を増加させることでそのガスが液体に溶解する量が増加する現象は周知であるところ、反応管１０Ｆの先端側開口部付近と基端側の固定反応液排出路５の開口側による２箇所の気体の排出経路において、開閉弁又は開閉扉として機能する電磁弁１７，１８を各々配設して、二酸化炭素の固定反応を行う際にその気体の排出経路を閉止又は狭小化することで反応管１０Ｆの内圧を高めることが可能となるため、より効率的な二酸化炭素の固定を実現することができる。

尚、固定反応液排出路５側から排出される気体の量が比較的少なく、その部分から反応管１０Ｆの内圧を低下させにくい構造である場合は、反応管１０Ｆ先端側の１箇所のみに電磁弁１７を設ける構成としても良い。また、この応用例は、上述した総ての実施の形態、変形例、応用例にも適用することができ、その作用・効果を同様に発揮することができる。

以上、述べたように、二酸化炭素固定装置について、本発明により、二酸化炭素を含む大量の気体から連続的に二酸化炭素を固定可能としながら、現有設備にも容易に適用できるようになった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ二酸化炭素固定装置、５固定反応液排出路、６フィルタ、７Ａ，７Ｂ固定反応液供給装置、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ反応管、１０ａ気体導入路、１０ｂ，１０ｆ反応室、１０ｃ放出口、１１第２反応管、１２沈殿槽、１３水酸化ナトリウム再生装置、１４海水電気分解装置、１７，１８電磁弁、１９ミスト捕集手段、２０，２１，２２ノズル、７０水供給装置、９０ａ，９０ｂセンサ、２００，２０１配管、２５０固定反応液供給管

Claims

二酸化炭素固定剤を含有した固定反応液を供給する固定反応液供給手段と、二酸化炭素を含む気体を基端側開口部から導入して先端側開口部から放出する管状の反応管とを備え、前記反応管内部に導入した前記気体に前記固定反応液供給手段で前記固定反応液を供給して接触させることで二酸化炭素の固定を行う二酸化炭素固定装置において、前記反応管は、基端側から先端側に向かって全体として直立又は斜め上向きに配置されるとともに、その内側面に付着した液体が壁面を伝って低い位置に集まりながら基端側に向かって自重で流下する形状とされており、前記固定反応液供給手段は、前記反応管内部で先端が開口する複数本のノズルを有して前記先端から前記固定反応液を噴出するものとされ、噴出した前記固定反応液が、前記気体の二酸化炭素を吸収しながら前記反応管の内側面に付着して反応管内を流下する過程で固定反応を進めるとともに、前記反応管基端側に開口した固定反応液排出路に流入して下流側の固定物回収手段により二酸化炭素の固定物が回収可能な状態とされ、且つ、前記二酸化炭素固定剤として水酸化ナトリウムと、第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方を使用するものとされており、前記固定反応液供給手段は、前記反応管内部の基端側から先端側に亘って複数本の前記ノズルを連設して備えており、その上側所定範囲のものが水酸化ナトリウム水溶液を供給し、その下側所定範囲のものが第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方の水溶液を供給するものとして、前記反応管の上側と下側における２段階の反応により二酸化炭素の固定を行う、ことを特徴とする二酸化炭素の固定装置。
前記反応管内で液体が流れ落ちる流路の所定位置には、炭酸イオン濃度を測定するセンサが配置されており、前記センサによる測定データを基に、前記反応管内で供給される第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方による水溶液の濃度又は／及び供給量が調整される、ことを特徴とする請求項１に記載した二酸化炭素固定装置。
前記反応管内部の所定位置には、前記センサによる測定データを基に水を噴出して前記反応管内部で流下する液体中の炭酸イオン濃度を低下させる希釈手段が配設されている、ことを特徴とする請求項２に記載した二酸化炭素固定装置。
前記第２族元素の塩化物及び２価の金属元素の塩化物のうち少なくとも一方が、塩化カルシウムである、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載した二酸化炭素固定装置。