JP7345791B2 - 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 - Google Patents
二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7345791B2 JP7345791B2 JP2020217738A JP2020217738A JP7345791B2 JP 7345791 B2 JP7345791 B2 JP 7345791B2 JP 2020217738 A JP2020217738 A JP 2020217738A JP 2020217738 A JP2020217738 A JP 2020217738A JP 7345791 B2 JP7345791 B2 JP 7345791B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aqueous solution
- carbon dioxide
- carbonate
- raw material
- mineral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 304
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims description 152
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims description 150
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 88
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 185
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 73
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 67
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 58
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 57
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 229910001748 carbonate mineral Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims description 37
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 35
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 20
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 13
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 50
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910052609 olivine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010450 olivine Substances 0.000 description 3
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 3
- VCVKIIDXVWEWSZ-YFKPBYRVSA-N (2s)-2-[bis(carboxymethyl)amino]pentanedioic acid Chemical compound OC(=O)CC[C@@H](C(O)=O)N(CC(O)=O)CC(O)=O VCVKIIDXVWEWSZ-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- UZVUJVFQFNHRSY-OUTKXMMCSA-J tetrasodium;(2s)-2-[bis(carboxylatomethyl)amino]pentanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC[C@@H](C([O-])=O)N(CC([O-])=O)CC([O-])=O UZVUJVFQFNHRSY-OUTKXMMCSA-J 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052898 antigorite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 229910052620 chrysotile Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 229910052899 lizardite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
- C01F11/182—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by an additive other than CaCO3-seeds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
- B01D2251/402—Alkaline earth metal or magnesium compounds of magnesium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
- B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/60—Inorganic bases or salts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/90—Chelants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Description
本発明は、二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備に関する。
近年の地球温暖化の急速な進行にともない、大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）を大規模かつ迅速に削減することが求められている。二酸化炭素を削減する有力な方法の一つとして、二酸化炭素の長期貯蔵を目的として、二酸化炭素を難水溶性炭酸塩鉱物として固定化（鉱物化）する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
従来、鉱物化による二酸化炭素固定方法として、まず、酸を大量に使用した低ｐＨ条件下（例えば、ｐＨ＜４）で、岩石や産業廃棄物を溶解して金属イオン（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）を抽出した後、アルカリを添加した高ｐＨ条件下（例えば、ｐＨ＞９）で、抽出した金属イオンを炭酸化させて炭酸塩鉱物を析出させる、いわゆるｐＨスイング（pH-swing process）と呼ばれる方法が開発されている（例えば、非特許文献２参照）。
また、地中での水熱反応を考慮した方法として、高濃度の配位子ＮａＨＣＯ３を触媒として利用することにより、２２５～３００℃の温度条件下で、カンラン石［（Ｍｇ，Ｆｅ）２ＳｉＯ４）］の溶解が大幅に促進され、マグネサイト（ＭｇＣＯ３）の形成による二酸化炭素固定が可能であることが、本発明者等により見出されている（例えば、非特許文献３参照）。
Sandra O. Snabjornsdottir, Bergur Sigfusson, Chiara Marieni, David Goldberg, Sigurdur R. Gislason and Eric H. Oelkers, "Carbon dioxide storage through mineral carbonation", Nature Reviews Earth & Environment, February 2020, Volume 1, p.90-102
Amin Azdarpour, Mohammad Asadullah, Radzuan Junin, Muhammad Manan, Hossein Hamidi, Ahmad Rafizan Mohamad Daud, "Carbon Dioxide Mineral Carbonation Through pH-swing Process: A Review", Energy Procedia, 2014, 61, p.2783-2786
Jiajie Wang, Noriaki Watanabe, Atsushi Okamoto, Kengo Nakamura, Takeshi Komai, "Enhanced hydrogen production with carbon storage by olivine alteration in CO2-rich hydrothermal environments", Journal of CO2 Utilization, 2019, 30, p.205-213
しかしながら、非特許文献２に記載のｐＨスイングでは、ｐＨ調整のための薬品を大量に使用するため、その材料コストが嵩むという課題があった。また、非特許文献３の方法は、アルカリ性条件下での岩石の熱水変質による二酸化炭素鉱物化の分野を新たな開拓するものであるが、カンラン石溶解時の温度が高いため、工業的に大規模に実施する場合には、設備コストが嵩む可能性がある。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、材料コストや設備コストを低減することができる二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る二酸化炭素固定方法は、炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成する水溶液形成工程と、前記水溶液中で、前記金属元素と前記キレート剤とを反応させて、前記原料から前記金属元素を金属イオンとして分離する分離工程と、前記分離工程後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、前記化合物から生じた炭酸イオンと前記金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成する鉱物形成工程と、前記鉱物形成工程後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入して、前記水溶液形成工程で形成した水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させるｐＨ低下工程と、前記ｐＨ低下工程後の水溶液に、前記原料と同種の新たな原料を加えて、前記分離工程から前記ｐＨ低下工程までを行う繰り返し工程とを、有することを特徴とする。
本発明に係る二酸化炭素固定方法は、まず、水溶液形成工程で、原料とキレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成することにより、分離工程で、その金属元素とキレート剤とを反応させて、原料から金属元素を金属イオンとして分離することができる。また、分離工程では、金属元素の分離により、水溶液のｐＨを上昇させることができる。
次に、鉱物形成工程で、分離工程後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、その化合物から生じた炭酸イオンと金属イオンとを反応させて、炭酸塩鉱物を形成することができる。このとき、分離工程により水溶液のｐＨが上昇しているため、炭酸イオンと金属イオンとの反応を促進することができる。これにより、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。
次に、ｐＨ低下工程で、鉱物形成工程後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入し、水溶液形成工程で形成した水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させると共に、水溶液中の炭酸イオン濃度を増大させることができる。また、ｐＨの低下により、原料の種類に応じて、鉱物形成工程での鉱物形成とは無関係な成分またはその一部を、水溶液中に析出させることができる。
次に、繰り返し工程で、ｐＨ低下工程後の水溶液に、新たな原料を加えることにより、その原料に含まれる金属元素から生じる金属イオンや、１回目の鉱物形成工程で消費されなかった金属イオンと、ｐＨ低下工程で濃度が増加した炭酸イオンとを反応させて、炭酸塩鉱物を形成することができる。これにより、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。
また、炭酸イオンとの反応で消費される量より多くの金属イオンが生じるよう、新たな原料を加えることにより、２回目の分離工程で、新たな原料に含まれる金属元素と、水溶液中に残っているキレート剤とを反応させて、原料から金属元素を金属イオンとして分離することができる。このとき、水溶液形成工程で投入したキレート剤は、その後の工程で消費されないため、２回目の分離工程でも再利用することができる。このように、２回目の分離工程を、１回目の分離工程とほぼ同じ条件で行うことができ、２回目の鉱物形成工程およびｐＨ低下工程も、それぞれ１回目と同様に行うことができる。これにより、２回目の鉱物形成工程でも、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。
このように、本発明に係る二酸化炭素固定方法は、１回目および２回目の鉱物形成工程、ならびに繰り返し工程での新たな原料投入時に、二酸化炭素を固定することができ、環境問題で注目される二酸化炭素の削減に寄与することができる。本発明に係る二酸化炭素固定方法は、アルカリ性条件下で二酸化炭素を固定化することができ、ｐＨスイングのようにｐＨ調整のための薬品が不要であるため、その材料コストを低減することができる。また、一度投入されたキレート剤を再利用することができるため、その材料コストも低減することができる。また、比較的低温で二酸化炭素を固定化することができ、設備コストも低減することができる。
本発明に係る二酸化炭素固定方法について、原料に含まれる金属元素は、カルシウム、マグネシウム、鉄、銅、マンガンなど、炭酸塩（炭酸塩鉱物とも呼ばれる）を形成可能な元素であればいかなるものであってもよく、それらの元素のうちの少なくとも１つを含んでいることが好ましい。また、原料は、それらの金属元素を含むものであればいかなるものであってもよく、比較的入手が容易なケイ酸塩鉱物、鉄鋼スラグ、および廃棄物由来のもののうちの１または複数から成ることが好ましい。キレート剤は、金属イオンと反応可能であればいかなるものであってよく、例えば、キレート剤の配位子元素には、窒素、酸素、硫黄（いおう）、リン又はヒ素等が挙げられる。キレート剤は、公知な材料から、具体的には、生分解性のＧＬＤＡ（N,N-Dicarboxymethyl glutamic acid）やＥＤＴＡ（ethylenediaminetetraacetic acid）であることが好ましい。
本発明に係る二酸化炭素固定方法で、鉱物形成工程で加える化合物は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、二酸化炭素など、分離工程後の水溶液中で炭酸イオンを生成可能なものであればいかなるものであってもよく、例えば、それらの化合物のうちの少なくとも１つから成ることが好ましい。
本発明に係る二酸化炭素固定方法は、鉱物形成工程での炭酸イオンと金属イオンとの反応をより促進するために、分離工程後の水溶液（鉱物形成工程で使用する水溶液）のｐＨが、１０乃至１４であることが好ましい。分離工程により水溶液のｐＨが上昇するため、分離工程後の水溶液のｐＨを１０乃至１４にするためには、水溶液形成工程で形成するアルカリ性の水溶液のｐＨが、８乃至１０であることが好ましく、８．５以上であることが特に好ましい。この場合、分離工程での反応も促進することができる。
本発明に係る二酸化炭素固定方法で、分離工程は、原料中の金属元素とキレート剤との反応を促進するために、５℃以上８０℃以下の温度で行うことが好ましく、室温で行ってもよい。鉱物形成工程は、炭酸イオンと金属イオンとの反応を促進するために、７０℃乃至１７０℃の温度で行うことが好ましい。ｐＨ低下工程は、５℃以上８０℃以下の温度で行うことが好ましく、室温で行ってもよい。
本発明に係る二酸化炭素固定方法で、水溶液形成工程は、水に原料とキレート剤とを加えて水溶液を形成することが好ましい。分離工程は、金属元素を分離後、水溶液に溶けずに残存した固体成分を回収してもよい。また、鉱物形成工程は、形成された炭酸塩鉱物を、反応後の水溶液から回収することが好ましい。また、ｐＨ低下工程は、ｐＨを低下させた後、析出した固体成分を回収してもよい。
本発明に係る二酸化炭素固定方法は、前記繰り返し工程を複数回繰り返してもよい。この場合、繰り返し工程での新たな原料投入時や各鉱物形成工程で、連続的に二酸化炭素を固定化することができる。また、水溶液形成工程で投入したキレート剤を、繰り返し工程での各分離工程で繰り返し使用することができ、材料コストをさらに低減することができる。
本発明に係る二酸化炭素固定方法において、使用する二酸化炭素は、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出され、回収される二酸化炭素であることが好ましい。排出ガスから二酸化炭素を分離・回収する方法として、公知方法を採用してもよい。例えば、化石燃料の燃焼後に二酸化炭素を回収する「燃焼後回収方式」では、アミン水溶液を利用して二酸化炭素を分離する「化学吸収法」を用いることができる。この方法では、アミン水溶液は、低温の状態では二酸化炭素を吸収し、高温になると二酸化炭素を放出するというアミン水溶液の性質を利用している。この方法を利用することで、二酸化炭素を分離回収が可能である。
本発明に係る二酸化炭素固定方法は、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出される二酸化炭素を利用して、固定することができる。例えば、日本において、二酸化炭素排出量比率（2018年；国際エネルギー機関（IEA））に基づく環境負荷の高い産業とは、セメント（27％）、鉄鋼（25％）、石油化学（14％）、紙パルプ（2％）、アルミニウム（2％）、その他産業（30％）が挙げられる。また、化石燃料（石油、石炭、天然ガス等）を原料とする火力発電所や鉄鋼産業、石油化学業も、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業として挙げられる。
本発明に係る二酸化炭素の回収方法は、本発明に係る二酸化炭素固定方法により、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出される二酸化炭素を回収することを特徴とする。
本発明に係る二酸化炭素の回収方法は、これらの産業による環境負荷の低減を図ることができる。
本発明に係る二酸化炭素の回収方法は、これらの産業による環境負荷の低減を図ることができる。
本発明に係る二酸化炭素固定装置は、炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成するよう設けられた水溶液形成部と、前記水溶液中で、前記金属元素と前記キレート剤とを反応させて、前記原料から前記金属元素を金属イオンとして分離するよう設けられた分離部と、前記分離部で前記金属イオンを分離した後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、前記化合物から生じた炭酸イオンと前記金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成するよう設けられた鉱物形成部と、前記鉱物形成部で前記炭酸塩鉱物を形成後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入して、前記水溶液形成部で形成された水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させるよう設けられたｐＨ低下部と、前記ｐＨ低下部でｐＨを低下させた水溶液に、前記原料と同種の新たな原料を加えるよう設けられた原料追加部とを有し、前記原料追加部で前記新たな原料を加えた水溶液を前記分離部に供給し、前記分離部から前記鉱物形成部、前記ｐＨ低下部まで順次移動させるよう構成されていることを特徴とする。
本発明に係る二酸化炭素固定装置は、本発明に係る二酸化炭素固定方法を好適に実施することができる。本発明に係る二酸化炭素固定装置および二酸化炭素固定方法は、二酸化炭素固定化された炭酸塩鉱物を提供することができる。また、本発明に係る二酸化炭素固定装置は、例えば、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業において、排出される二酸化炭素を固定する際に使用されることが好ましく、排出環境配慮型産業設備の一部として組み込まれることが好ましい。すなわち、本発明に係る環境配慮型産業設備は、本発明に係る二酸化炭素固定装置を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、材料コストや設備コストを低減することができる二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備を提供することができる。
以下、図面および実施例等に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法を示している。
図１に示すように、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法は、水溶液形成工程と分離工程と鉱物形成工程とｐＨ低下工程と繰り返し工程とを有している。
図１は、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法を示している。
図１に示すように、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法は、水溶液形成工程と分離工程と鉱物形成工程とｐＨ低下工程と繰り返し工程とを有している。
本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法では、まず、水溶液形成工程として、水に、金属元素を含む原料とキレート剤とを加えて、ｐＨが８乃至１０のアルカリ性の水溶液を形成する。また、その水溶液の温度を、室温～８０℃以下にする。具体的な一例では、水にキレート剤を加えてｐＨが８乃至１０の水溶液を形成し、その水溶液の温度を室温～８０℃以下にした後、その水溶液に原料を加える。
水溶液形成工程で、原料に含まれる金属元素は、炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な元素から成り、例えば、カルシウム、マグネシウム、鉄、銅、マンガンなどである。また、原料は、それらの金属元素を含むものから成り、例えば、比較的入手が容易なケイ酸塩鉱物、鉄鋼スラグ、廃棄物などである。また、キレート剤は、金属イオンと反応可能なものから成り、例えば、生分解性のＧＬＤＡ－４ＮａやＥＤＴＡ－４Ｎａなどである。なお、図１に示す具体的な一例では、金属元素はＣａまたはＭｇであり、原料は、ケイ酸塩鉱物のＣａＳｉＯ３またはＭｇ３Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４である。
水溶液形成工程で水溶液を形成すると、分離工程で、原料に含まれる金属元素がキレート剤と反応し、金属イオンとして水溶液中に分離される。金属元素の分離により、水溶液のｐＨが上昇し、分離工程後の水溶液のｐＨが１０乃至１４となる。なお、分離工程では、金属元素を分離後、水溶液に溶けずに残存した固体成分を回収してもよい。
次に、分離工程後、鉱物形成工程として、分離工程後の水溶液（ｐＨ１０乃至１４）を７０℃以上にして、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加える。これにより、水溶液に加えた化合物から生じた炭酸イオンと金属イオンとを反応させて、炭酸塩鉱物を形成することができる。これにより、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。鉱物形成工程では、形成された炭酸塩鉱物を、反応後の水溶液から回収することが好ましい。回収した炭酸塩鉱物は、有効利用することができる。なお、鉱物形成工程では、水溶液のｐＨはほとんど変化しない。
鉱物形成工程で、水溶液に加える化合物は、分離工程後の水溶液中で炭酸イオンを生成可能なものから成り、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、二酸化炭素などである。図１に示す具体的な一例では、化合物は、炭酸ナトリウム（Ｎａ２Ｃｏ３）であり、原料中のＣａまたはＭｇを炭酸塩化して、炭酸塩鉱物のＣａＣＯ３またはＭｇＣＯ３を形成することができる。
次に、鉱物形成工程後、ｐＨ低下工程として、鉱物形成工程後の水溶液を室温～８０℃以下にして、二酸化炭素ガスを注入し、水溶液形成工程で形成した水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させる。具体的には、８乃至１０までｐＨを低下させて、元の値までｐＨを回復させる。これにより、水溶液中の炭酸イオン濃度が増加する。また、ｐＨの低下により、鉱物形成工程での鉱物形成とは無関係な成分またはその一部を、水溶液中に析出させることができる。ｐＨ低下工程では、ｐＨを低下させた後の水溶液から、析出した固体成分を回収してもよい。回収した固体成分は、有効利用することができる。図１に示す具体的な一例では、原料の一部であるシリカ（ＳｉＯ２）を、アモルファスシリカとして析出させることができる。
次に、ｐＨ低下工程後、繰り返し工程として、まず、ｐＨ低下工程後の水溶液に、原料と同種の新たな原料を加える。このとき、新たな原料に含まれる金属元素から生じる金属イオンや、１回目の鉱物形成工程で消費されなかった金属イオンと、炭酸イオンとを反応させて、炭酸塩鉱物を形成することができる。これにより、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。繰り返し工程では、ここで形成された炭酸塩鉱物を、反応後の水溶液から回収することが好ましい。回収した炭酸塩鉱物は、有効利用することができる。
また、繰り返し工程では、炭酸イオンとの反応で消費される量より多くの金属イオンが生じるよう、新たな原料を加えた上で、再度、分離工程からｐＨ低下工程までを行う。２回目の分離工程では、新たな原料に含まれる金属元素と、水溶液中に残っているキレート剤とを反応させて、原料から金属元素を金属イオンとして分離することができる。水溶液形成工程で投入したキレート剤は、その後の工程で消費されないため、２回目の分離工程でも再利用することができる。このように、２回目の分離工程を、１回目の分離工程とほぼ同じ条件で行うことができ、２回目の鉱物形成工程およびｐＨ低下工程も、それぞれ１回目と同様に行うことができる。これにより、２回目の鉱物形成工程でも、二酸化炭素を炭酸塩鉱物として固定化することができる。
このように、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法は、１回目および２回目の鉱物形成工程、ならびに繰り返し工程での新たな原料投入時に、二酸化炭素を固定することができ、排出された二酸化炭素の削減に寄与することができる。本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法は、アルカリ性条件下で二酸化炭素を固定化することができ、ｐＨスイングのようにｐＨ調整のための薬品が不要であるため、その材料コストを低減することができる。また、一度投入されたキレート剤を再利用することができるため、その材料コストも低減することができる。また、比較的低温で二酸化炭素を固定化することができ、設備コストも低減することができる。
なお、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法は、繰り返し工程を複数回繰り返してもよい。この場合、各繰り返し工程での新たな原料投入時や各鉱物形成工程で、連続的に二酸化炭素を固定化することができる。また、水溶液形成工程で投入したキレート剤を、繰り返し工程での各分離工程で繰り返し使用することができ、材料コストをさらに低減することができる。
原料としてＣａＳｉＯ３（富士フイルム和光純薬株式会社製）、キレート剤としてＧＬＤＡ－４Ｎａ（N,N-Dicarboxymethyl glutamic acid, tetrasodium salt、東京化成工業株式会社製）を用い、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法に関する実験を行った。まず、水溶液形成工程および分離工程の実験を行った。実験では、図２（ａ）に示すように、ビーカー１に入れた100 mlの水にＧＬＤＡ－４Ｎａを加えて形成した水溶液２ａに、ＣａＳｉＯ３を投入して撹拌し、所定時間経過後、図２（ｂ）に示すように、水溶液をろ過して、ＣａＳｉＯ３の溶け残りを取り除いた。なお、実験では、水溶液２ａを収納しているビーカー１を、ヒーター付き撹拌装置３の上に載せ、実験中の水溶液の温度およびｐＨを、それぞれ温度センサ４およびｐＨセンサ５で測定している。
実験は、表１に示すように、パラメータとして、水溶液２ａのｐＨ（ｐＨ０）、水溶液２ａの温度、ＣａＳｉＯ３の投入量、ＧＬＤＡ－４Ｎａの濃度を様々に変えた条件で行った。実験では、原料から金属元素のＣａが分離する様子を調べるために、表１に示す各実験No.1～12での、ろ過後の水溶液２ｂ中のＣａ（Ｃａイオン）の濃度等を測定した。なお、以下では、Ｃａのうち水溶液中のものは全てＣａイオンを表している。
表１の実験No.1～12について、水溶液２ａにＣａＳｉＯ３を投入してから２０分経過までの、各水溶液のＣａ濃度の経時変化を、図３（ａ）～（ｄ）に示す。また、２０分経過後の各水溶液のｐＨ（ｐＨｄ）、Ｃａの濃度、Ｓｉの濃度、Ｃａの分離割合（Ca extraction rate）などをまとめ、表１に示す。図３（ａ）は表１の実験No.1～5、図３（ｂ）は表１の実験No.5～8、図３（ｃ）は表１の実験No.5, 9, 10、図３（ｄ）は表１の実験No.5, 11, 12の結果を示している。なお、実験No.8は、実験中に撹拌を行っていないもの（without stirring）である。
図３（ａ）～（ｄ）に示すように、キレート剤によるＣａの分離反応は、２０分以内でほぼ完了していることが確認された。また、図３（ａ）に示すように、ｐＨが小さい方がＣａの抽出量（分離量）は多くなることが確認された。また、図３（ｂ）に示すように、水溶液の温度が高い方がＣａの分離速度は早いが、温度および撹拌の有無にかかわらず、２０分でＣａの分離反応がほぼ完了し、Ｃａの抽出量はほとんど同じになることが確認された。また、図３（ｃ）に示すように、Ｃａの抽出量は、原料の量にほぼ比例することが確認された。また、図３（ｄ）に示すように、キレート剤の濃度は、Ｃａの抽出量にはあまり影響しないことが確認された。
次に、鉱物形成工程の実験を行った。表１の実験No.4による２０分経過後の水溶液をろ過した後の水溶液２ｂ（ｐＨ１１．９）を用い、図４（ａ）に示すように、その水溶液２ｂに炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を加えて撹拌し、所定時間経過後に、図４（ｂ）に示すように、水溶液をろ過して、固体成分を取り除いた。実験では、ろ過後の水溶液２ｃ中のＣａの量を測定し、Ｎａ２ＣＯ３を加えたときからのＣａの残存割合を求めた。また、実験は、水溶液の温度が６０℃、８０℃、１２０℃、１６０℃の各条件、および、Ｎａ２ＣＯ３の濃度が0.3 mol/L、0.6 mol/Lの各条件で行った。なお、水溶液を収納する容器として、水溶液の温度が６０℃および８０℃のときにはビーカー１を用い、１２０℃および１６０℃のときには圧力容器を用いた。
Ｎａ２ＣＯ３の濃度を0.3 mol/Lとしたとき、Ｎａ２ＣＯ３を加えて７０分経過後の、各温度での水溶液中のＣａの残存割合（Residual Ca ratio）を、図５（ａ）に示す。なお、図５（ａ）には、比較のため、Ｓｉの残存割合（Residual Si ratio）も示す。また、水溶液が８０℃のときの、Ｎａ２ＣＯ３の各濃度でのＣａの残存割合の経時変化を、図５（ｂ）に示す。
図５（ａ）に示すように、８０℃～１６０℃のとき、Ｓｉの量はほとんど変化しないのに対して、Ｃａの量が大きく減少していることが確認された。また、図５（ｂ）に示すように、水溶液が８０℃のとき、時間の経過と共に、Ｃａが減少していく様子が確認された。また、加えるＮａ２ＣＯ３の量が多いほど、Ｃａの減少速度が大きいことが確認された。また、Ｃａの減少速度が一旦小さくなっても、Ｎａ２ＣＯ３を追加することにより、Ｃａの減少速度が再び大きくなり、最大で約４５％までＣａが減少することが確認された。
図４（ｂ）に示すように、ろ過して得られた固体成分は、炭酸塩鉱物のアラゴナイト（ＣａＣＯ３）であったことから、Ｃａが炭酸塩化されることにより、水溶液中のＣａが減少することが確認された。なお、得られたアラゴナイトの純度は９０％以上であった。図５（ａ）では、水溶液の温度が１２０℃のとき最もＣａの減少量が大きかったが、１００℃以上では圧力容器等を使用する必要があり、装置が大型化して設備費も嵩むことから、実用化の際には、１００℃より低い温度で鉱物形成工程を行うことが好ましい。
次に、ｐＨ低下工程の実験を行った。Ｃａを約４５％まで減少させて、ろ過した後の図４（ｂ）に示す水溶液２ｃを用い、図６（ａ）に示すように、その水溶液２ｃに二酸化炭素ガス（ＣＯ２ gas）を５分間注入した後、図６（ｂ）に示すように、その水溶液をろ過して、固体成分を取り除いた。実験では、水溶液２ｃの温度を室温とし、二酸化炭素ガス注入中の、水溶液中のｐＨおよびＳｉ濃度を測定した。
測定したｐＨとＳｉ濃度（Si concentration）との関係を、図７に示す。図７に示すように、二酸化炭素ガスの注入により、炭酸イオンが形成されて水溶液のｐＨが低下するのに従って、Ｓｉ濃度も低下していく様子が確認された。また、５分間の二酸化炭素ガスの注入で、水溶液のｐＨが９まで低下していることが確認された。図６（ｂ）に示すように、ろ過して得られた固体成分は、アモルファスシリカ（ＳｉＯ２）であったことから、ｐＨの低下によりアモルファスシリカが形成され、水溶液中のＳｉが除去されることが確認された。また、図７に示すように、水溶液のｐＨを１０以下にすることにより、Ｓｉの除去率（Si removal rate）が約９０％以上となり、Ｓｉをほとんど除去できることが確認された。
次に、繰り返し工程の実験を行った。ｐＨを９まで低下させて、ろ過した後の図６（ｂ）に示す水溶液２ｄを用い、図８（ａ）に示すように、その水溶液２ｄに再び原料のＣａＳｉＯ３を加えて撹拌し、２０分撹拌後に、図８（ｂ）に示すように、水溶液をろ過して、固体成分を取り除いた。実験では、水溶液２ｄの温度を５０℃、ＣａＳｉＯ３の投入量を0.4 mol/Lとした。ろ過後の水溶液２ｅのｐＨを測定したところ、約１２であった。また、ろ過して得られた固体成分を調べたところ、ＣａＳｉＯ３の溶け残りと共に、炭酸塩鉱物のアラゴナイト（ＣａＣＯ３）の存在も確認できた。
これらの結果から、新たに加えたＣａＳｉＯ３に含まれるＣａや、１回目の鉱物形成工程で消費されなかったＣａと、ｐＨ低下工程で濃度が増加した炭酸イオンとが反応して、ＣａＣＯ３が形成されていることが確認された。また、ｐＨが上昇したことから、新たに加えたＣａＳｉＯ３に含まれるＣａと、水溶液中に残っているキレート剤とが反応して、ＣａＳｉＯ３からＣａが分離していることも確認された。図８（ｂ）に示す２回目の分離工程でろ過後に得られた水溶液２ｅは、図２（ｂ）に示す１回目の分離工程でろ過後に得られた水溶液２ｂとほぼ同じであることが確認された。
次に、図８（ｂ）に示すろ過後の水溶液２ｅを用い、図９（ａ）に示すように、その水溶液２ｅに炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を加えて撹拌し、１００分経過後に、図９（ｂ）に示すように、水溶液をろ過して、固体成分を取り除いた。実験では、水溶液２ｅの温度を８０℃、Ｎａ２ＣＯ３の濃度を0.6 mol/Lとした。ろ過後の水溶液２ｆのｐＨを測定したところ、約１２であった。また、ろ過して得られた固体成分を調べたところ、炭酸塩鉱物のアラゴナイト（ＣａＣＯ３）であった。得られたアラゴナイトの純度は９０％以上であった。図９（ｂ）に示す２回目の鉱物形成工程でろ過後に得られた水溶液２ｆは、図４（ｂ）に示す１回目の鉱物形成工程でろ過後に得られた水溶液２ｃとほぼ同じであることが確認された。
図８および図９に示す繰り返し工程での実験から、２回目の分離工程、鉱物形成工程およびｐＨ低下工程を、それぞれ１回目と同様に行うことができるといえる。ここまでの実験結果に基づいて、水溶液形成工程および繰り返し工程で、原料のＣａＳｉＯ３を１００ｋｇ投入したときの、各工程での各成分の量を求め、図１０に示す。図１０に示すように、図中に示すｐＨ、水溶液の温度、各濃度の条件では、１回目の鉱物形成工程で、約８ｋｇの二酸化炭素を固定化することができ、繰り返し工程の２回目の分離工程および鉱物形成工程で、それぞれ約８ｋｇの二酸化炭素を固定化することができる。このため、例えば、繰り返し工程で分離工程、鉱物形成工程、およびｐＨ低下工程を繰り返すことにより、各繰り返し工程で１００ｋｇのＣａＳｉＯ３から約１６ｋｇの二酸化炭素を固定化することができる。
本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置は、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法を適用することにより、容易に設計製作することができる。すなわち、本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置は、水溶液形成部と分離部と鉱物形成部とｐＨ低下部と原料追加部とを有している。水溶液形成部は、炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成するよう設けられており、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法の水溶液形成工程を実施可能である。分離部は、その水溶液中で、金属元素とキレート剤とを反応させて、原料から金属元素を金属イオンとして分離するよう設けられており、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法の分離工程を実施可能である。鉱物形成部は、分離部で金属イオンを分離した後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、その化合物から生じた炭酸イオンと金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成するよう設けられており、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法の鉱物形成工程を実施可能である。ｐＨ低下部は、鉱物形成部で炭酸塩鉱物を形成後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入して、水溶液形成部で形成された水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させるよう設けられており、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法のｐＨ低下工程を実施可能である。原料追加部は、ｐＨ低下部でｐＨを低下させた水溶液に、水溶液形成部で使用した原料と同種の新たな原料を加えるよう設けられている。さらに、本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置は、原料追加部で新たな原料を加えた水溶液を分離部に供給し、分離部から鉱物形成部、ｐＨ低下部まで順次移動させるよう構成されており、原料追加部と共に、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法の繰り返し工程を実施可能である。これにより、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法及び二酸化炭素固定装置は、二酸化炭素固定化された炭酸塩鉱物を提供することができる。
本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置は、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出される二酸化炭素を固定することができる。本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置は、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業において、排出される二酸化炭素を固定する排出環境配慮型産業設備及びその一部として組み込むことができる。すなわち、本発明の実施形態の環境配慮型産業設備は、本発明の実施形態の二酸化炭素固定装置を備えている。
本発明の実施形態の二酸化炭素の回収方法は、本発明の実施形態の二酸化炭素固定方法により、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出される二酸化炭素を回収する。これにより本発明の実施形態の二酸化炭素の回収方法は、これらの産業による環境負荷の低減を図ることができる。
１ ビーカー
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 水溶液
３ ヒーター付き撹拌装置
４ 温度センサ
５ ｐＨセンサ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 水溶液
３ ヒーター付き撹拌装置
４ 温度センサ
５ ｐＨセンサ
Claims (10)
- 炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成する水溶液形成工程と、
前記水溶液中で、前記金属元素と前記キレート剤とを反応させて、前記原料から前記金属元素を金属イオンとして分離する分離工程と、
前記分離工程後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、前記化合物から生じた炭酸イオンと前記金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成する鉱物形成工程と、
前記鉱物形成工程後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入して、前記水溶液形成工程で形成した水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させるｐＨ低下工程と、
前記ｐＨ低下工程後の水溶液に、前記原料と同種の新たな原料を加えて、前記分離工程から前記ｐＨ低下工程までを行う繰り返し工程とを、
有することを特徴とする二酸化炭素固定方法。 - 前記繰り返し工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素固定方法。
- 前記原料は、前記金属元素として、カルシウム、マグネシウム、鉄、銅、およびマンガンのうちの少なくとも１つを含んでおり、ケイ酸塩鉱物、鉄鋼スラグ、および廃棄物のうちの１または複数から成ることを特徴とする請求項１または２記載の二酸化炭素固定方法。
- 前記化合物は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、および二酸化炭素のうちの少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二酸化炭素固定方法。
- 前記水溶液形成工程で形成する水溶液は、ｐＨが８乃至１０であり、
前記分離工程は、５℃以上８０℃以下の温度で、前記金属元素と前記キレート剤とを反応させ、
前記鉱物形成工程は、７０℃乃至１７０℃の温度で、前記炭酸イオンと前記金属イオンとを反応させることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二酸化炭素固定方法。 - 前記分離工程は、前記原料から前記金属元素を分離後の水溶液から固体成分を回収し、
前記鉱物形成工程は、前記炭酸塩鉱物を形成した後、その炭酸塩鉱物を回収し、
前記ｐＨ低下工程は、ｐＨを低下させた後、固体成分を回収することを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二酸化炭素固定方法。 - 前記水溶液形成工程で形成する水溶液は、水に前記原料と前記キレート剤とを加えて形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の二酸化炭素固定方法。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の二酸化炭素固定方法により、二酸化炭素排出による環境負荷の高い産業から排出される二酸化炭素を回収することを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
- 炭酸イオンと化合して炭酸塩鉱物を形成可能な金属元素を含む原料と、キレート剤とを含むアルカリ性の水溶液を形成するよう設けられた水溶液形成部と、
前記水溶液中で、前記金属元素と前記キレート剤とを反応させて、前記原料から前記金属元素を金属イオンとして分離するよう設けられた分離部と、
前記分離部で前記金属イオンを分離した後の水溶液に、その水溶液中で炭酸イオンを生成可能な化合物を加えることにより、前記化合物から生じた炭酸イオンと前記金属イオンとを反応させて炭酸塩鉱物を形成するよう設けられた鉱物形成部と、
前記鉱物形成部で前記炭酸塩鉱物を形成後の水溶液に、二酸化炭素ガスを注入して、前記水溶液形成部で形成された水溶液のｐＨの値またはその値の近傍までｐＨを低下させるよう設けられたｐＨ低下部と、
前記ｐＨ低下部でｐＨを低下させた水溶液に、前記原料と同種の新たな原料を加えるよう設けられた原料追加部とを有し、
前記原料追加部で前記新たな原料を加えた水溶液を前記分離部に供給し、前記分離部から前記鉱物形成部、前記ｐＨ低下部まで順次移動させるよう構成されていることを
特徴とする二酸化炭素固定装置。 - 請求項９記載の二酸化炭素固定装置を備えていることを特徴とする環境配慮型産業設備。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020217738A JP7345791B2 (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 |
| US18/267,005 US20240042374A1 (en) | 2020-12-25 | 2021-12-07 | Carbon dioxide fixation method, carbon dioxide recovery method, carbon dioxide fixation device and environmentally friendly industrial facility |
| CN202180085720.0A CN116635131A (zh) | 2020-12-25 | 2021-12-07 | 二氧化碳固定方法、二氧化碳的回收方法、二氧化碳固定装置及环境友好型工业设备 |
| PCT/JP2021/045014 WO2022138149A1 (ja) | 2020-12-25 | 2021-12-07 | 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020217738A JP7345791B2 (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022102786A JP2022102786A (ja) | 2022-07-07 |
| JP7345791B2 true JP7345791B2 (ja) | 2023-09-19 |
Family
ID=82159618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020217738A Active JP7345791B2 (ja) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240042374A1 (ja) |
| JP (1) | JP7345791B2 (ja) |
| CN (1) | CN116635131A (ja) |
| WO (1) | WO2022138149A1 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010519027A (ja) | 2007-02-20 | 2010-06-03 | リチャード ジェイ ハンウィック | 二酸化炭素隔離のためのシステム、装置、及び方法 |
| JP2011501726A (ja) | 2007-09-27 | 2011-01-13 | フォーブス オイル アンド ガス プロプライエタリー リミテッド | 炭酸塩への二酸化炭素の固定化 |
| JP2015525674A (ja) | 2012-08-08 | 2015-09-07 | オムヤ インターナショナル アーゲー | Ｃｏ２の量を減少させるための再生可能イオン交換材料 |
| JP2019527178A (ja) | 2016-07-12 | 2019-09-26 | ザ ユニバーシティー コート オブ ザ ユニバーシティー オブ アバーディーンＴｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｃｏｕｒｔ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ａｂｅｒｄｅｅｎ | 二酸化炭素を捕捉及び変換する方法及びシステム |
-
2020
- 2020-12-25 JP JP2020217738A patent/JP7345791B2/ja active Active
-
2021
- 2021-12-07 CN CN202180085720.0A patent/CN116635131A/zh active Pending
- 2021-12-07 US US18/267,005 patent/US20240042374A1/en active Pending
- 2021-12-07 WO PCT/JP2021/045014 patent/WO2022138149A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010519027A (ja) | 2007-02-20 | 2010-06-03 | リチャード ジェイ ハンウィック | 二酸化炭素隔離のためのシステム、装置、及び方法 |
| JP2011501726A (ja) | 2007-09-27 | 2011-01-13 | フォーブス オイル アンド ガス プロプライエタリー リミテッド | 炭酸塩への二酸化炭素の固定化 |
| JP2015525674A (ja) | 2012-08-08 | 2015-09-07 | オムヤ インターナショナル アーゲー | Ｃｏ２の量を減少させるための再生可能イオン交換材料 |
| JP2019527178A (ja) | 2016-07-12 | 2019-09-26 | ザ ユニバーシティー コート オブ ザ ユニバーシティー オブ アバーディーンＴｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｃｏｕｒｔ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ａｂｅｒｄｅｅｎ | 二酸化炭素を捕捉及び変換する方法及びシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022138149A1 (ja) | 2022-06-30 |
| US20240042374A1 (en) | 2024-02-08 |
| JP2022102786A (ja) | 2022-07-07 |
| CN116635131A (zh) | 2023-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2024062B1 (en) | Carbon dioxide capture and related processes | |
| Bobicki et al. | Carbon capture and storage using alkaline industrial wastes | |
| Azdarpour et al. | A review on carbon dioxide mineral carbonation through pH-swing process | |
| Sun et al. | Sequestration of carbon dioxide by indirect mineralization using Victorian brown coal fly ash | |
| Sipilä et al. | Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation Literature review update 2005–2007 | |
| WO2009139813A2 (en) | Capture and sequestration of carbon dioxide in flue gases | |
| KR102526438B1 (ko) | 철 및 강철 슬래그로부터 제품을 회수하기 위한 방법 및 시스템 | |
| KR101792549B1 (ko) | 암모니아수 및 암모니아화합물 회수 장치 및 방법 | |
| JP2011501726A (ja) | 炭酸塩への二酸化炭素の固定化 | |
| JP5009746B2 (ja) | 燃焼排ガス中の二酸化炭素の化学固定法 | |
| Haywood et al. | Carbon dioxide sequestration as stable carbonate minerals–environmental barriers | |
| Ho et al. | Mineral carbonation using alkaline waste and byproducts to reduce CO2 emissions in Taiwan | |
| CN102247753A (zh) | 一种利用水镁石封存烟气中二氧化碳的工艺流程 | |
| JP7345791B2 (ja) | 二酸化炭素固定方法、二酸化炭素の回収方法、二酸化炭素固定装置、および環境配慮型産業設備 | |
| KR101877920B1 (ko) | 알칼리 산업부산물의 간접탄산화를 이용한 고순도 탄산칼슘 생성 및 용제 재사용 방법 | |
| CN105543480A (zh) | 一种铜冶炼污酸中铜砷分离富集的方法 | |
| KR102041299B1 (ko) | 탄산칼슘 및 중조의 제조방법 및 그 제조설비 | |
| Park et al. | Laboratory-scale experiment on a novel mineralization-based method of CO2 capture using alkaline solution | |
| JP2021133304A (ja) | 二酸化炭素の固定化方法 | |
| He et al. | CO2 sequestration by indirect carbonation of high-calcium coal fly ash | |
| KR102044792B1 (ko) | 이산화탄소 흡수 공정과 연계된 광물탄산화 공정 | |
| KR20150123512A (ko) | 액상 촉진 탄산화법을 이용한 개질된 산업부산물 제조 시스템 및 제조 방법 | |
| JP2009050809A (ja) | 燃焼排ガス中の二酸化炭素削減剤及び二酸化炭素削減方法 | |
| Liu et al. | Mineral carbonation technology overview | |
| CN114699890B (zh) | 一种工业污泥吸附固化二氧化碳系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230628 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20230628 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230829 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230829 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7345791 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |