JP7458100B1

JP7458100B1 - 二酸化炭素の処理装置、および二酸化炭素の処理方法

Info

Publication number: JP7458100B1
Application number: JP2023012100A
Authority: JP
Inventors: 茂落合
Original assignee: 株式会社ジョンクェルコンサルティング
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2043-01-30

Abstract

【課題】二酸化炭素の処理効率を向上させることができる二酸化炭素含有ガスの処理装置を提供する。
【解決手段】水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体によって二酸化炭素含有ガスを処理する装置であって、前記水分散体を収容し、少なくとも前記水分散体と接触する内面にライナを有する処理容器と、前記処理容器に設けられ、前記水分散体を導入する水分散体導入手段と、前記処理容器に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスの出口に噴出部を備え、前記二酸化炭素含有ガスを前記水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段と、を備え、前記処理容器の内面が前記水分散体の飛散を抑制する飛散抑制板を備え、前記噴出部が前記二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させる複数の開口を有する、二酸化炭素含有ガスの処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素の処理装置、および二酸化炭素の処理方法に関する。

地球温暖化の原因の一つとされている二酸化炭素の削減は、世界的にも重要な課題となっている。二酸化炭素の排出の多くは、石油や石炭等をエネルギ源として使う火力発電からとされている。この火力発電における二酸化炭素の排出量を抑制する（低炭素化）ための方法として、二酸化炭素回収・貯留（ＣＣＳ＝ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ）、および二酸化炭素回収・有効利用・貯留（ＣＣＵＳ：ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅ，ＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ）が開発および推進されている。

また、天然ガスは、燃焼するときに発生する二酸化炭素の発熱量当りの発生量が少ないため、化石エネルギの中で環境への負荷が少ない燃料とされている。世界的に環境問題への対応やエネルギ資源の多様化への対策が求められる中、天然ガスは石油の代替燃料として注目されている。しかし、ガス田や油田から産出される天然ガスは、主成分のメタンに加えて、多くの場合二酸化炭素を含んでいる。そのため、天然ガスは、それに含まれる二酸化炭素が除去された後に、液化天然ガス等の原料としての製品ガスとして利用される。

二酸化炭素の回収または除去技術としては、吸収液を用いた、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着法等が知られており、代表的な回収技術は、アミン水溶液を用いる化学吸収法である。

特許第６９０５６９３号公報

特許文献１は、容器内の水酸化マグネシウムおよびアセトニトリルを含む水分散体を攪拌しながら、二酸化炭素を管で水分散体に送り込み、二酸化炭素を処理する装置を開示している。このような水分散体を用いて、二酸化炭素を処理する処理装置において、二酸化炭素の処理効率を向上させることが望まれていた。

本発明の目的は、二酸化炭素の処理効率を向上させることができる二酸化炭素含有ガスの処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体によって二酸化炭素含有ガスを処理する装置であって、
前記水分散体を収容し、少なくとも前記水分散体と接触する内面にライナを有する処理容器と、
前記処理容器に設けられ、前記水分散体を導入する水分散体導入手段と、
前記処理容器に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスの出口に噴出部を備え、前記二酸化炭素含有ガスを前記水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段と、を備え、
前記処理容器の内面が前記水分散体の飛散を抑制する飛散抑制板を備え、
前記噴出部が前記二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させる複数の開口を有する、二酸化炭素含有ガスの処理装置が、提供される。

本発明によれば、二酸化炭素の処理効率を向上させることができる。

一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置の概略図。図1に示す一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置のＡ－Ａ’断面図。一実施形態に係る噴出部の断面図。図３に示す一実施形態に係る噴出部のＡ－Ａ’断面図。図３に示す一実施形態に係る噴出部のＢ－Ｂ’断面図。別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置の概略図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

［一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置］
一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置は、水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体（以下、単に「水分散体」と称することがある）によって二酸化炭素含有ガスを処理する装置であり、水分散体を収容し、少なくとも水分散体と接触する内面にライナを有する処理容器と、処理容器に設けられ、水分散体を導入する水分散体導入手段と、処理容器に設けられ、二酸化炭素含有ガスの出口に噴出部を備え、二酸化炭素含有ガスを水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段と、を備えるものである。このように、二酸化炭素含有ガスの処理装置は、少なくとも水分散体と接触する処理容器の内面にライナを有するので、水分散体の処理容器の内面への付着が抑制され、水分散体に対して処理容器の内面の滑りが向上し、水分散体の撹拌効率が向上し、二酸化炭素の処理効率が向上する。さらに、二酸化炭素含有ガスの処理装置は、二酸化炭素含有ガス導入手段の噴出部により、二酸化炭素含有ガスを水分散体に導入して接触させるので、水分散体を攪拌するための攪拌機を付けることなく、水分散体と二酸化炭素含有ガスを混合することができる。

さらに、二酸化炭素含有ガスの処理装置は、処理容器の内面に水分散体の飛散を抑制する飛散抑制板を備えるものである。これにより、水分散体から離れた液滴を、再度、水分散体に戻すことができ、水分散体の量の減少が抑制され、二酸化炭素の処理効率が向上する。さらに、飛散抑制板は、水分散体に接触した後に水分散体から流出するガスを、再度、水分散体に戻すことができ、二酸化炭素の処理効率が向上する。さらに、二酸化炭素含有ガスの処理装置は、噴出部が複数の開口を有するものである。これにより、水分散体にガス道が生じないため、水分散体と二酸化炭素含有ガスとの混合性が向上するとともに、水分散体が攪拌され、二酸化炭素の処理効率が向上する。

図１は、一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置の概略図である。本実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置１００は、処理容器１０と、水分散体を導入する水分散体導入手段２０と、二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させて水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段３０と、を備えるものである。二酸化炭素含有ガスの処理装置１００は、処理容器１０内で、二酸化炭素含有ガス４０を水分散体５０と接触させて、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を除去するものである。以下、各構成について説明する。

＜処理容器＞
処理容器１０は、水分散体５０を保持することができ、耐圧性を有するものであれば、特に限定されるものでない。一実施形態において、処理容器１０の材質は金属とすることができ、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、モネル、ハステロイ、およびニッケル等が例示される。また、処理容器１０の形状は、円筒状および直方体状の密閉できるものとすることができる。また、処理容器１０は、それに収容される水分散体５０と接触する内面にライナ１１を有するものである。ライナ１１は、処理容器１０に収容される水分散体５０と常時接触していない内面にも設けてもよく、処理容器１０の全内面に設けてもよい。ライナ１１はフッ素樹脂層であり、フッ素樹脂層は、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等で形成される。

また、図１に示すように、処理容器１０は、その内面に水分散体５０の飛散を抑制する飛散抑制板１２ａ、１２ｂを備えている。図２は、図1に示す一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置のＡ－Ａ’断面図である。図１および２では、処理容器１０は、２つの飛散抑制板１２ａ、１２ｂを備えているが、飛散抑制板の個数は、特に限定されるものでない。飛散抑制板の個数の下限は、一実施形態において１個以上、別の実施形態において２個以上、さらに別の実施形態において３個以上、さらに別の実施形態において４個以上、さらに別の実施形態において５個以上とすることができる。これにより、水分散体５０の攪拌等により、水分散体５０から飛散物５１として気相中に移動したとしても、再度、矢印ａで示すように水分散体５０に戻すことができ、また、水分散体５０から流出するガス４２を、再度、矢印ｂで示すように水分散体５０に戻すことができるものである。また、飛散抑制板の個数の上限は、処理容器１０の内容積に応じて決定することができ、一実施形態において１０個以下、別の実施形態において９個以下、さらに別の実施形態において８個以下、さらに別の実施形態において７個以下、さらに別の実施形態において６個以下とすることができる。これにより、処理容器１０内における水分散体５０の容積を十分確保することができ、二酸化炭素の処理効率が向上する。

また、図１および２では、処理容器１０は、上下方向に向けられた中心軸ａを有する筒形状を有しており、飛散抑制板１２ａ、１２ｂは上下方向に離間して配置されている。飛散抑制板同士の間隔は、特に限定されるものでなく、処理容器１０の上下方向の高さ、飛散抑制板の数に応じて決定することができる。また、一実施形態において、飛散抑制板１２ａ、１２ｂの表面形状は、図２に示すように扇形を有しているが、その形状は、水分散体５０の飛散物５１を水分散体５０に戻すことができ、また、水分散体５０から流出するガス４２を、水分散体５０に戻すことができれば、特に限定されるものでない。また、飛散抑制板１２ａ、１２ｂは、同様の形状を有しているが、飛散抑制板毎で異なる形状であってもよい。

また、飛散抑制板の形状を扇形とする場合、扇形の中心角も、特に限定されるものでなく、一実施形態において１０度以上、別の実施形態において３０度以上、さらに別の実施形態において４５個以上、さらに別の実施形態において９０度以上、さらに別の実施形態において１２０度以上、さらに別の実施形態において１８０度以上とすることができ、一実施形態において３５０度以下、別の実施形態において３３０度以下、さらに別の実施形態において２７０度以下、さらに別の実施形態において２４０度以下、さらに別の実施形態において２００度以下とすることができる。

＜水分散体導入手段＞
水分散体導入手段２０は、処理容器１０に設けられ、水分散体５０を処理容器１０に導入するものである。水分散体導入手段２０は、水分散体５０を処理容器１０に導入することができれば特に限定されるものでないが、導入管２１とバルブ２２で構成することができる。また、水分散体５０の導入量または導入速度は、作業者により調節されても、水分散体導入手段２０に水分散体源および水分散体導入ポンプを接続し、かつそれらに制御装置を接続して自動で調節されてもよい。

＜二酸化炭素含有ガス導入手段＞
二酸化炭素含有ガス導入手段３０は、処理容器１０に設けられ、二酸化炭素含有ガス４０を処理容器１０に導入するものである。二酸化炭素含有ガス導入手段３０は、二酸化炭素含有ガス４０を気泡状に放散させて水分散体５０と接触させることができれば、特に限定されるものでないが、導入管３１と、バルブ３２と、噴出部３３と、で構成することができる。また、二酸化炭素含有ガス４０の導入量または導入速度は、作業者により調節されても、二酸化炭素含有ガス導入手段３０に二酸化炭素含有ガス源を接続し、かつそれらに制御装置を接続して自動で調節されてもよい。

図３は、一実施形態に係る噴出部の断面図であり、図１に示す噴出部３３の紙面に平行な面での断面図である。また、図４は、図３に示す一実施形態に係る噴出部のＡ－Ａ’断面図であり、図５は、図３に示す一実施形態に係る噴出部のＢ－Ｂ’断面図である。噴出部３３は、二酸化炭素含有ガス導入手段３０の二酸化炭素含有ガス４０の出口に設けられており、複数の開口３４を有するものである。噴出部３３は複数の管３５で構成することができる。

噴出部３３は、導入管３１の二酸化炭素素含有ガスの出口に設けられており、水分散体５０へ噴出する二酸化炭素含有ガス４０の流路を複数に分割するものである。これにより、水分散体５０にガス道が生じないため、水分散体５０と二酸化炭素含有ガス４０との混合性が向上する。また、噴出部３３は、その開口３４（管）の中心軸の方向を変更可能とすることができ、二酸化炭素含有ガス４０の噴出による水分散体５０の流れの方向を変更することができるよう導入管３１に設けられている。例えば、処理容器１０の内周面に沿って気泡４１が流れるように（処理容器内を旋回するように）、噴出部３３の開口３４（管）の中心軸の方向を調節してもよい。これにより、水分散体５０の攪拌性が向上され、それにより二酸化炭素の処理効率を向上させることができる。

噴出部３３の開口３４の数は、特に限定されるものでない。開口３４の数の下限は、一実施形態において５以上、別の実施形態において１０以上、さらに別の実施形態において２０以上、さらに別の実施形態において４０以上、さらに別の実施形態において５０以上とすることができる。これにより、二酸化炭素含有ガス４０を気泡状に放散させて処理容器１０内に収容された水分散体５０に噴出した場合、ガス道が生じなくなり、水分散体５０と二酸化炭素含有ガス４０との混合性が向上する。さらに、水分散体５０を攪拌するための攪拌機を付けることなく、水分散体５０を攪拌することができる。また、開口３４の数の上限は、一実施形態において１００以下、別の実施形態において９０以下、さらに別の実施形態において８０以下、さらに別の実施形態において７０以下、さらに別の実施形態において６０以下とすることができる。

図５に示すように、一実施形態に係る噴出部３３の断面は、直方体形状を有しているが、その形状は特に限定されるものでなく、例えば、正方形、多角形、円形、楕円形等とすることができる。また、図５に示すように、一実施形態に係る噴出部噴出部３３の開口３４の断面は、円形状を有しているが、その形状は特に限定されるものでなく、例えば、正方形、長方形、多角形、楕円形等とすることができる。

＜その他の構成＞
一実施形態に係る処理装置１００は、処理後のガス放出手段６０、使用済み水分散体回収手段７０、ガス採取手段８０、および圧力計９０等を備えることもできる。

＜処理後のガス放出手段＞
処理後のガス放出手段６０は、上下方向において処理容器１０の上側または頂部に設けれ、処理後のガス６３を処理容器１０から放出するものである。処理後のガス放出手段６０は、処理後のガスを処理容器１０から放出することができれば、特に限定されるものでないが、導出管６１と、バルブ６２と、で構成することができる。処理容器１０から放出された処理後のガス６３は、処理後のガス放出手段６０に接続された不図示の装置によって回収またはさらなる処理され得る。

＜使用済み水分散体回収手段＞
使用済み水分散体回収手段７０は、上下方向において処理容器１０の下側または底部に設けれ、使用済みの水分散体５２を処理容器１０から放出するものである。使用済み水分散体回収手段７０は、使用済みの水分散体５２を処理容器１０から放出することができれば、特に限定されるものでないが、導出管７１と、バルブ７２と、で構成することができる。処理容器１０から放出された使用済みの水分散体５２は、使用済み水分散体回収手段７０に接続された不図示の装置によって回収または処理され得る。

＜ガス採取手段＞
ガス採取手段８０は、処理容器１０に設けれ、処理容器１０内の処理後のガスを採取するものである。ガス採取手段８０は、処理後のガスを処理容器１０から採取することができれば、特に限定されるものでないが、導出管８１と、バルブ８２と、で構成することができる。処理容器１０から採取されたガスは、不図示のガス検知手段によって処理後のガス中の二酸化炭素の濃度を検知され得る。また、ガス検知手段は、ガス採取手段８０に接続されてもよい。ガス検知手段は、二酸化炭素を検知することができれば、特に限定されるものでなく、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、赤外分光光度計（ＩＲ）、質量分析計（ＭＳ）等が例示される。なお、ガス採取手段８０は、処理容器１０内の圧力を調節するためにガスを放出する手段として利用されることもできる。

＜圧力計＞
圧力計９０は、処理容器１０に設けれ、処理容器１０内の圧力を計測するものである。圧力計９０は、処理容器１０内の圧力を計測できれば、特に限定されるものでなく、従来公知の圧力計を採用することができる。

［別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置］
図６は、別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置の概略図である。別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置２００は、図１に示す二酸化炭素含有ガスの処理装置１００における処理容器１０にアセトニトリル導入手段２１０が設けられたものである。以下、一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置１００と異なるアセトニトリル導入手段２１０について説明する。また、同一の構成には同一の符号が付与されており、共通する構成の説明は省略する。

＜アセトニトリル導入手段＞
アセトニトリル導入手段２１０は、処理容器１０に接続され、アセトニトリルを処理容器１０に導入するものである。アセトニトリル導入手段２１０は、アセトニトリルを処理容器１０に導入することができれば特に限定されるものでないが、導入管２１１、バルブ２１２等で構成することができる。アセトニトリルは、アセトニトリル導入手段２１０を介して、作業者が導入することができる。この場合、アセトニトリルは、ガス採取手段８０によって採取された処理容器１０内の処理後のガス中の二酸化炭素の濃度に基づいて、アセトニトリルの導入量を決定し、アセトニトリル導入手段２１０によって、アセトニトリルを処理容器１０に導入することができる。

または、アセトニトリルは、アセトニトリル導入手段２１０を介して、自動で導入されてもよい。アセトニトリルを自動で導入する場合、二酸化炭素含有ガスの処理装置２００に、アセトニトリルを収容するアセトニトリル源、アセトニトリルの導入ポンプ、および制御装置を接続し、ガス採取手段８０によって採取された処理容器１０内の処理後のガス中の二酸化炭素の濃度に基づいて、制御装置でアセトニトリルの導入量を決定し、その導入量となるようにアセトニトリルの導入ポンプを作動させ、アセトニトリル導入手段２１０を介して、アセトニトリルを処理容器１０に導入することができる。さらに、制御装置にガス検知手段を接続して、制御装置が、処理容器１０内の処理後のガスの検知結果の取得、アセトニトリルの導入量の決定、およびアセトニトリルの導入を制御するよう構成してもよい。

また、制御装置は、処理部と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部と、外部デバイスと制御装置との信号の送受信を中継するインタフェース部と、を含んでいる。処理部は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部に記憶されたプログラムを実行し、二酸化炭素含有ガスの処理装置２００の構成を制御する。記憶部には、処理部が実行するプログラムの他、各種のデータが格納される。インタフェース部には、検知手段の検知結果が提供され得、処理部は提供された検知結果に基づいて、アセトニトリル導入手段２１０等を制御することができる。

＜一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法＞
一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法は、水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体５０を処理容器１０に導入する工程と、二酸化炭素含有ガス４０を処理容器１０に導入する工程と、導入された二酸化炭素含有ガス４０を気泡状に放散させて水分散体５０と接触させて、水分散体５０と二酸化炭素含有ガス４０とを反応させる工程と、を備える。

＜水分散体の導入工程＞
水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）とアセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）とを含む水分散体５０は、水分散体導入手段２０を介して、処理容器１０に導入される。水分散体５０の導入量は、二酸化炭素含有ガス４０中の二酸化炭素の濃度をガス検知手段等により測定しておき、処理する二酸化炭素含有ガス４０の量と測定された二酸化炭素の濃度に応じて調節されることができる。

水と、水酸化マグネシウムと、アセトニトリルと、を含む水分散体に対する水酸化マグネシウムの濃度は特に限定されるものでない。水酸化マグネシウムの濃度は、その固形分含有量として、一実施形態において１重量％以上、別の実施形態において５重量％以上、さらに別の実施形態において１０重量％以上、さらに別の実施形態において２０重量％以上、さらに別の実施形態において３０重量％以上であり得る。これにより、水分散体における二酸化炭素の吸収効率が向上する。また、水酸化マグネシウムの濃度は、その固形分含有量として、一実施形態において８０重量％以下、別の実施形態において７０重量％以下、さらに別の実施形態において６０重量％以下、さらに別の実施形態において５０重量％以下、さらに別の実施形態において４０重量％以下であり得る。これにより、水分散体が適切な粘度となり、水酸化マグネシウムと二酸化炭素との反応が均一となる。

水と、水酸化マグネシウムと、アセトニトリルと、を含む水分散体に対するアセトニトリルの濃度は特に限定されるものでない。アセトニトリルの濃度は、一実施形態において１重量％以上、別の実施形態において５重量％以上、さらに別の実施形態において１０重量％以上、さらに別の実施形態において２０重量％以上であり得る。また、アセトニトリルの濃度は、一実施形態において６０重量％以下、別の実施形態において５０重量％以下、さらに別の実施形態において４０重量％以下、さらに別の実施形態において３０重量％以下であり得る。これにより、水分散体における二酸化炭素の吸収速度の調節が容易になる。

水は、溶媒として機能するもので、特に限定されるものでない。水の由来としては特に限定されず、水道水、地下水、蒸留水、イオン交換水等を用いることができる。

一実施形態において、水酸化マグネシウムと、アセトニトリルと、を含む水分散体は、金属酸化物、例えば、水酸化バリウム、水酸化亜鉛、水酸化ナトリウム、および水酸化カルシウムを含むことができる。特許第６９０５６９４号に開示されるように、金属水酸化物は、その導入量によって、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の処理速度を調節することができるものである。金属水酸化物は、水と、水酸化マグネシウムと、アセトニトリルと、を含む水分散体に対して、固形分含有量として、一実施形態において１重量％以上、別の実施形態において５重量％以上、さらに別の実施形態において１０重量％以上、さらに別の実施形態において３０重量％以上、一実施形態において１００重量％以下、別の実施形態において９０重量％以下、さらに別の実施形態において７０重量％以下、さらに別の実施形態において６０重量％以下とすることができる。金属水酸化物の合計の濃度は外数であり、水分散体に対する金属水酸化物の合計の割合である。これにより、水分散体における二酸化炭素の吸収速度の調節が容易になる。

一実施形態において、水酸化マグネシウムと、アセトニトリルと、を含む水分散体は、種々の添加物、例えば分散剤を含むことができる。分散剤の材料は特に制限されるものでなく、例えば、無機化合物の分散剤、高分子界面活性剤等が例示される。これにより、水酸化マグネシウムの固形分濃度が高い場合でも、水酸化マグネシウムの分散性が向上し、水酸化マグネシウムと二酸化炭素との反応が均一となる。

＜二酸化炭素含有ガスの導入工程＞
二酸化炭素含有ガス４０は、二酸化炭素含有ガス導入手段３０を介して、処理装容器１０に導入される。二酸化炭素含有ガス４０の導入量および導入速度は、二酸化炭素含有ガス導入手段３０のバルブによって調節され得る。

二酸化炭素含有ガス４０は、純粋な二酸化炭素に限らず、二酸化炭素を含むものであればよい。一実施形態において、天然ガスのガス田および天然ガス精製設備から排出されるガスには、高濃度の二酸化炭素が含まれており、二酸化炭素含有ガス４０として、このような天然ガス由来のガスが挙げられる。また、二酸化炭素含有ガス４０としては、例えば、火力発電所、製造所のボイラ、セメント工場のキルン、製鉄所の高炉および転炉、焼却炉等の各種施設や設備から排出されるガスも挙げられる。これらのガスには、液化天然ガス（ＬＮＧ）および液化石油ガス（ＬＰ）等の気体燃料、重油、ガソリン、および軽油等の液体燃料、石炭等の固体燃料等を燃焼させて発生する二酸化炭素が含まれている。

二酸化炭素含有ガス４０中における二酸化炭素の濃度は、特に限定されるものではない。二酸化炭素の濃度は、一実施形態において１体積％以上、別の実施形態において２体積％以上、さらに別の実施形態において１０体積％以上、さらに別の実施形態において２０体積％以上、さらに別の実施形態において４０体積％以上であり得る。また、二酸化炭素の濃度は、一実施形態において７０体積％以下、別の実施形態において６５体積％以下、さらに別の実施形態において６０体積％以下、さらに別の実施形態において５５体積％以下、さらに別の実施形態において５０体積％以下であり得る。これにより、十分な吸収速度および吸収量で、水分散体５０に二酸化炭素は吸収され得る。なお、ガス中には、二酸化炭素以外に水蒸気、ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘ、ＣＯ、Ｈ_２Ｓ、ＣＯＳ、Ｈ_２、Ｏ_２等が含まれ得る。

＜二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程＞
処理容器１０に導入された二酸化炭素含有ガス４０は、噴出部３３から水分散体５０中に噴出され、気泡状に放散させて水分散体５０と接触する。噴出した二酸化炭素含有ガス（または気泡４１）は、水分散体５０を攪拌する。噴出器３３は複数の開口３４を備えているため、水分散体５０にガス道が生じなくなり、水分散体５０と二酸化炭素含有ガス４０との混合性が向上する。

水分散体５０と接触した二酸化炭素含有ガスの気泡４１は、水分散体５０中の水酸化マグネシウムと反応する。その際の水分散体５０の温度は、特に限定されるものでなく、常温（例えば、２５±１５℃）で行われ得る。これにより、二酸化炭素の吸収速度や吸収量が向上し得る。また、処理容器１０内の圧力は、圧力計９０で計測されることができる。処理容器１０内の圧力は、特に限定されるものでなく、例えば、大気圧以上の圧力に設定され得る。これにより、二酸化炭素含有ガスの水分散体５０に対する吸収速度や吸収量が向上し得る。または、二処理容器１０内の圧力は、大気圧未満の圧力に設定され得る。

二酸化炭素含有ガス４０と水分散体５０との反応の終了は、予備実験等により予め決められた時間が経過したところとしてもよく、ガス採取手段８０により処理容器１０内の処理されたガスを所定時間後または所定時間毎に採取し、ガス検知手段により二酸化炭素の濃度を測定し、所定の二酸化炭素の濃度となったところとしてもよい。

さらに、一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法は、処理されたガスを回収する工程と、使用済みの水分散体を回収する工程と、を有することができる。

＜処理ガスの回収工程＞
二酸化炭素含有ガス４０と水分散体５０との反応が終了した後、処理容器１０内に存在する処理されたガスは、処理容器１０の上部に設けられたガス放出手段６０を介して、処理容器１０から回収されることができる。二酸化炭素含有ガス４０が天然ガス精製設備から排出されるガス（天然ガス由来のガス）である場合は、回収されたガスは、液化天然ガス等の原料としての製品ガスとされる。二酸化炭素含有ガス４０が各種施設や設備から排出されるガスの場合は、回収されたガスは、必要に応じて、他の成分の除去や別の処理がなされ、その後、排出される。

＜使用済みの水分散体の回収工程＞
二酸化炭素含有ガス４０と水分散体５０との反応が終了した後、処理容器１０内に存在する使用済みの水分散体５２は、処理容器１０の下部に設けられた水分散体回収手段７０を介して、処理容器１０から回収されることができる。回収された使用済みの水分散体５２には、炭酸マグネシウムが存在する。炭酸マグネシウムは、ろ過等の従来公知の方法によって分離されることができる。炭酸マグネシウムは、床材、耐火、消火組成物、化粧品、粉塵、歯磨き粉、充填材、プラスチック中の煙抑制剤、ネオプレンゴム中の補強剤、乾燥剤、食品中の色保持、投影スクリーン用のマットホワイトコーティング等で利用され得る。

一実施形態において、炭酸マグネシウムは、金属マグネシウム中において所定温度（例えば、６００℃）で加熱されると、グラフェンと酸化マグネシウムの混合物が形成される。混合物は、水および酸性水溶液の少なくとも１つと混合し、ろ過等することにより、グラフェンがマグネシウム含有液と分離され得る。グラフェンは、導電性、光学特性、スピン輸送、磁場効果等有し、電子デバイス構成要素として利用され得る。一方、マグネシウム含有液は、本実施形態に係る水分散液の一部として再利用され得る。

＜別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法＞
別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法は、上述した別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理装置を使用するものである。以下、一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法と異なる点を中心に説明する。

別の実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法は、処理されたガス中の二酸化炭素の量または二酸化炭素の処理速度に基づいて、追加のアセトニトリルの導入量を決定し、アセトニトリルを処理容器に導入する工程を備えるものである。図６を参照して説明する。

＜アセトニトリルの導入工程＞
アセトニトリルの導入工程は、一実施形態に係る二酸化炭素含有ガスの処理方法における二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程中、または、二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程後に行われる。特許文献１に開示されるように、アセトニトリルは、その導入量によって、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の処理速度を調節することができるものである。

まず、処理前の二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の濃度がガス検知手段によって測定される。次に、二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程中、または、二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程後に、処理後のガス中の二酸化炭素の濃度が、ガス採取手段８０を介して処理後のガスを採取して、ガス検知手段によって測定される。検知された二酸化炭素の量（または濃度）に基づいて、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素の処理速度が計算され、設定された二酸化炭素の処理速度となるように、アセトニトリルの導入量が決定される。決定された条件（導入量）に基づいて、二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程中に、アセトニトリル２２０が、アセトニトリル導入手段２１０を介して、処理容器１０に導入される。または、決定された条件（導入量）に基づいて、二酸化炭素含有ガスの接触および反応工程後で、一連の処理が終了後に、別の二酸化炭素含有ガスの処理において、アセトニトリル２２０がアセトニトリル導入手段２１０を介して、処理容器１０に導入される。また、アセトニトリルの導入工程は、上記の制御装置を設けて、自動で導入されてもよい。

＜実施形態のまとめ＞
本明細書の開示は、以下の天然ガスに含まれる二酸化炭素含有ガスの処理装置および二酸化炭素含有ガスの処理方法を含む。

（項目１）
水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体によって二酸化炭素含有ガスを処理する装置であって、
前記水分散体を収容し、少なくとも前記水分散体と接触する内面にライナを有する処理容器と、
前記処理容器に設けられ、前記水分散体を導入する水分散体導入手段と、
前記処理容器に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスの出口に噴出部を備え、前記二酸化炭素含有ガスを前記水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段と、を備え、
前記処理容器の内面が前記水分散体の飛散を抑制する飛散抑制板を備え、
前記噴出部が前記二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させる複数の開口を有する、二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目２）
前記噴出部は複数の管で構成されている、項目１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目３）
前記ライナはフッ素樹脂層である、項目１または項目２に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目４）
前記処理容器は筒の中心軸が上下方向に向けられた筒形状を有し、
前記内面は複数の前記飛散抑制板を備え、複数の飛散抑制板は前記上下方向に離間して配置されている、項目１から項目３のいずれか１項目に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目５）
前記処理容器に設けられ、前記処理容器内のガスを採取するガス採取手段と、
前記処理容器に設けられ、アセトニトリルを導入するアセトニトリル導入手段と、をさらに備え、
前記ガス採取手段を介して採取されたガスの検知結果に基づいて、前記アセトニトリルの導入量に関する条件を決定する、項目１から項目４のいずれか１項目に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目６）
前記二酸化炭素含有ガスは天然ガス由来によるものである、項目１から項目５のいずれか１項目に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。

（項目７）
項目１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置を使用して、二酸化炭素含有ガスを処理する方法であって、
水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体を処理容器に導入すること、
前記二酸化炭素含有ガスを処理容器に導入すること、および
前記導入された二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させて前記水分散体と接触させて、前記水分散体と前記二酸化炭素含有ガスとを反応させること、を備える二酸化炭素含有ガスの処理方法。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１０処理容器、２０水分散体導入手段、３０二酸化炭素含有ガス導入手段、４０二酸化炭素含有ガス、５０水分散体、６０処理後のガス放出手段、７０使用済み水分散体回収手段、８０ガス採取手段、９０圧力計、１００、２００二酸化炭素含有ガスの処理装置、２１０アセトニトリル導入手段

Claims

水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体によって二酸化炭素含有ガスを処理する装置であって、
前記水分散体を収容し、少なくとも前記水分散体と接触する内面にライナを有する処理容器と、
前記処理容器に設けられ、前記水分散体を導入する水分散体導入手段と、
前記処理容器に設けられ、前記二酸化炭素含有ガスの出口に噴出部を備え、前記二酸化炭素含有ガスを前記水分散体と接触させる二酸化炭素含有ガス導入手段と、を備え、
前記処理容器の内面が前記水分散体の飛散を抑制する飛散抑制板を備え、
前記噴出部が前記二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させる複数の開口を有する、二酸化炭素含有ガスの処理装置。
前記噴出部は複数の管で構成されている、請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。
前記ライナはフッ素樹脂層である、請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。
前記処理容器は筒の中心軸が上下方向に向けられた筒形状を有し、
前記内面は複数の前記飛散抑制板を備え、複数の飛散抑制板は前記上下方向に離間して配置されている、請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。
前記処理容器に設けられ、前記処理容器内のガスを採取するガス採取手段と、
前記処理容器に設けられ、アセトニトリルを導入するアセトニトリル導入手段と、をさらに備え、
前記ガス採取手段を介して採取されたガスの検知結果に基づいて、前記アセトニトリルの導入量に関する条件を決定する、請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。
前記二酸化炭素含有ガスは天然ガス由来によるものである、請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置。
請求項１に記載の二酸化炭素含有ガスの処理装置を使用して、二酸化炭素含有ガスを処理する方法であって、
水酸化マグネシウムとアセトニトリルとを含む水分散体を処理容器に導入すること、
前記二酸化炭素含有ガスを処理容器に導入すること、および
前記導入された二酸化炭素含有ガスを気泡状に放散させて前記水分散体と接触させて、前記水分散体と前記二酸化炭素含有ガスとを反応させること、を備える二酸化炭素含有ガスの処理方法。