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1. (WO2019031118) METHOD AND APPARATUS FOR FIXING CARBON DIOXIDE, AND FUEL GAS DESULFURIZATION FACILITY
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明 細 書

発明の名称 二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017  

発明の効果

0018  

図面の簡単な説明

0019  

発明を実施するための形態

0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050  

符号の説明

0051  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

図面

1   2  

明 細 書

発明の名称 : 二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備

技術分野

[0001]
 本開示は、二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備に関するものである。

背景技術

[0002]
 一般に、火力発電所の石炭焚ボイラ等から排出される排煙中に含まれる硫黄酸化物(SO 等)は排煙脱硫設備によって吸収除去されるようになっている。
[0003]
 前記排煙脱硫設備としては、吸収液として海水を使用して排煙の脱硫を行うものがある。
[0004]
 尚、前記排煙脱硫設備と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開平9-239233号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 従来の排煙脱硫設備において、排煙中に含まれる二酸化炭素(CO )については特に考慮されておらずそのまま排出されていた。しかし、二酸化炭素の排出削減が緊急課題となっている現在、二酸化炭素固定技術へのニーズが高まっており、例えば、化学吸収法や酸素燃焼法により二酸化炭素を回収し超臨界の二酸化炭素として、地下の帯水層に貯留する技術が開発されている。
[0007]
 しかしながら、前記地下の帯水層に貯留される二酸化炭素は液体であるため、二酸化炭素を地下深くに長期間安定して封じ込めておけるかは未知数であり、地震等で二酸化炭素が地上に漏れ出す可能性も全くないとは言えず、長期間モニタリングする必要がある。又、液体の二酸化炭素を高圧で地下に注入した場合に地震を引き起こす虞はないか等、未解決の課題も多々存在しているのが現状である。
[0008]
 そこで、本開示においては上記課題に鑑み、二酸化炭素を地下の帯水層に貯留することなく安定状態で固定し得る二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備を説明する。

課題を解決するための手段

[0009]
 本開示の二酸化炭素固定方法は、硫黄酸化物が含まれる排煙を海水で脱硫する海水脱硫工程と、
該海水脱硫工程で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して化合物を生成する添加工程と
を行う。
[0010]
 前記二酸化炭素固定方法においては、前記添加工程で生成された化合物を回収する回収工程を行うことができる。
[0011]
 前記二酸化炭素固定方法において、前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムとすることができる。
[0012]
 前記二酸化炭素固定方法において、前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムとすることができる。
[0013]
 一方、本開示の二酸化炭素固定装置は、硫黄酸化物が含まれる排煙を海水で脱硫する吸収塔と、
該吸収塔で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して化合物を生成する反応槽と
を備える。
[0014]
 前記二酸化炭素固定装置においては、前記反応槽で生成された化合物を回収する回収装置を備えることができる。
[0015]
 前記二酸化炭素固定装置において、前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムとすることができる。
[0016]
 前記二酸化炭素固定装置において、前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムとすることができる。
[0017]
 更に、前記二酸化炭素固定装置を備えた排煙脱硫設備とすることもできる。

発明の効果

[0018]
 本発明の二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備によれば、二酸化炭素を地下の帯水層に貯留することなく安定状態で固定し得るという優れた効果を奏し得る。

図面の簡単な説明

[0019]
[図1] 本開示の二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備の実施例を示す全体概要構成図である。
[図2] 本開示の二酸化炭素固定方法の実施例における工程を示すフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0020]
 以下、本開示における本発明の実施例の形態を添付図面を参照して説明する。
[0021]
 図1及び図2は本開示の二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備の実施例である。
[0022]
 図1に示す排煙脱硫設備は、吸収塔10と、海水ポンプ20と、海水ライン30と、スプレノズル40とを備えている。
[0023]
 前記吸収塔10は、上下方向へ延びる塔本体11を備え、該塔本体11の側面に排煙の導入口12が形成されると共に、前記塔本体11の上部に排煙の導出口13が形成されている。前記塔本体11の導入口12より下側における内部には、吸収液としての海水の液溜部14が形成されている。
[0024]
 前記海水ポンプ20は、海から海水を吸収液として汲み上げるポンプである。
[0025]
 前記海水ライン30は、一端が海中に設けられて上方へ立ち上がり、他端が前記塔本体11の側面を貫通して内部へ延びるよう配設されている。前記海水ライン30の途中には前記海水ポンプ20が設けられ、該海水ポンプ20で汲み上げられた吸収液としての海水を前記海水ライン30から吸収塔10へ供給するようになっている。図1に示す海水ライン30は、一端が海中に設けられて上方へ立ち上がる汲上ライン31と、該汲上ライン31の他端に接続されて前記塔本体11の内部へ延びるスプレヘッダ32とを備えている。尚、前記汲上ライン31の一端は、海中に直接設ける代わりに、海水を貯留した海水槽(図示せず)に設けるようにしても良い。
[0026]
 前記スプレノズル40は、前記塔本体11の内部へ挿通された海水ライン30に対し、その長手方向へ間隔をあけて配設されるよう、接続されており、吸収液としての海水を前記吸収塔10の内部に噴出するようになっている。図1に示すスプレノズル40は、前記海水ライン30のスプレヘッダ32に設けられている。
[0027]
 尚、前記吸収塔10の内部におけるスプレノズル40より上方位置には、排煙からミストを除去するミストエリミネータ50が設けられている。
[0028]
 そして、図1に示す前記排煙脱硫設備は、二酸化炭素固定装置として反応槽60を備えている。
[0029]
 前記反応槽60は、前記吸収塔10で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して鉱物のような安定した化合物を生成するようになっている。前記反応槽60は、前記吸収塔10の液溜部14に対し抜出ライン70によって接続され、該抜出ライン70には抜出ポンプ71が設けられ、該抜出ポンプ71の作動により前記液溜部14から海水が抜出ライン70を介して反応槽60へ導入されるようになっている。
[0030]
 前記反応槽60の上方には、アルカリ土類金属又はアルカリ金属を貯留したホッパ80が設けられ、該ホッパ80に貯留されたアルカリ土類金属又はアルカリ金属が投入ライン81からロータリフィーダ等の投入弁82を介して前記反応槽60に投入されるようになっている。尚、前記ホッパ80には、図示していない供給源からコンベヤ83を介してアルカリ土類金属又はアルカリ金属が補充されるようになっている。
[0031]
 前記反応槽60の下部には、酸化剤供給器90が設けられている。前記酸化剤供給器90は、前記反応槽60に酸化剤として空気を供給する酸化空気ブロワ91で構成されている。図1に示す酸化剤供給器90の酸化空気ブロワ91の出側には、酸化剤としての空気を前記反応槽60へ導く酸化剤供給ライン92が接続されている。該酸化剤供給ライン92の反応槽60内に貫通して延びるヘッダ部93には、その長手方向へ間隔をあけて曝気ノズル94が設けられ、該曝気ノズル94から酸化剤としての空気を反応槽60内に噴出させて海水へ均一に混ぜるようになっている。
[0032]
 図1に示す二酸化炭素固定装置においては、前記反応槽60で生成された化合物を回収する回収装置100が設けられている。該回収装置100は、前記反応槽60の底部に沈降した化合物を抜き出す回収ライン101と、該回収ライン101に設けられた回収弁102とを備えている。尚、前記回収装置100として、前記回収弁102の下流側に必要に応じて固液分離器(図示せず)を設けても良い。又、前記反応槽60の下部には、リターンライン110が接続され、該リターンライン110から海水を海に戻すようになっている。但し、前記反応槽60で生成された化合物が無害なものであれば、前記回収装置100は必ずしも設ける必要はなく、前記化合物を海水と一緒に海へ戻しても良い。
[0033]
 前記アルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム(Ca)又はマグネシウム(Mg)を選定することができる。前記カルシウム又はマグネシウムを含むものとしては、例えば、廃コンクリート、鉄鋼スラグ、安山岩、玄武岩、土壌又はフライアッシュを挙げることができる。因みに、前記マグネシウムは、第2族元素であるものの化学的性質の相違から厳密にはアルカリ土類金属ではないが、広義にはアルカリ土類金属に含まれていると言える。
[0034]
 前記アルカリ金属としては、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)又はカリウム(K)を選定することができる。前記リチウム、ナトリウム又はカリウムを含むものとしては、例えば、火成岩又は花崗岩を挙げることができる。
[0035]
 図2は本開示の二酸化炭素固定方法の実施例における工程を示すフローチャートであって、海水脱硫工程と、添加工程と、回収工程とを行うようになっている。
[0036]
 前記海水脱硫工程は、硫黄酸化物が含まれる排煙を海水で脱硫する工程である。
[0037]
 前記添加工程は、前記海水脱硫工程で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して鉱物のような安定した化合物を生成する工程である。
[0038]
 前記回収工程は、前記添加工程で生成された化合物を回収する工程である。但し、前述したように、前記反応槽60で生成された化合物が無害なものであれば、前記回収装置100は必ずしも設ける必要はなく、前記化合物を海水と一緒に海へ戻しても良いことから、二酸化炭素固定方法としては、前記回収工程を省略し、前記海水脱硫工程及び添加工程のみを行うようにしても良い。
[0039]
 次に、上記実施例の作用を説明する。
[0040]
 吸収塔10の通常運転時、海水ポンプ20が駆動され、海水は、海水ライン30を流れてスプレノズル40から吸収塔10の内部へ噴出され液溜部14へ流下している。図示していない石炭焚ボイラ等から吸収塔10に送り込まれた排煙は、前記スプレノズル40から噴出される吸収液としての海水と気液接触することにより、硫黄酸化物が吸収除去され、ミストエリミネータ50でミストが除去された後、吸収塔10の導出口13から外部へ排出される。これが図2の海水脱硫工程となる。このときの吸収反応は、
SO +H O→HSO +H
CO +H O→HCO +H
HCO →CO 2-+H
となる。
[0041]
 前記液溜部14の海水は、抜出ポンプ71の作動により抜出ライン70を介して反応槽60へ導入される。同時に、酸化剤供給器90の酸化空気ブロワ91からは、酸化剤としての空気が酸化剤供給ライン92を介して曝気ノズル94へ供給され、該曝気ノズル94から酸化剤としての空気が反応槽60内に噴出されて海水へ均一に混ぜられる。このときの酸化反応は、
HSO +1/2O →SO 2-+H
となる。更に、ホッパ80に貯留されたアルカリ土類金属又はアルカリ金属は、投入ライン81からロータリフィーダ等の投入弁82を介して前記反応槽60に投入される。これが図2の添加工程となる。前記アルカリ土類金属として、例えば、カルシウム(Ca)又はマグネシウム(Mg)が選定され、廃コンクリート、鉄鋼スラグ、安山岩、玄武岩、土壌又はフライアッシュが前記反応槽60に投入された場合、このときの反応は、
Ca 2++CO 2-→CaCO
Mg 2++CO 2-→MgCO
となる。前記アルカリ金属として、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)又はカリウム(K)が選定され、火成岩又は花崗岩が前記反応槽60に投入された場合、このときの反応は、
2Li +CO 2-→Li CO
2Na +CO 2-→Na CO
2K +CO 2-→K CO
となる。
[0042]
 前記反応槽60で生成された化合物は、回収装置100の回収弁102を開くことにより回収ライン101から回収される。これが図2の回収工程となる。
[0043]
 又、前記反応槽60の海水は、リターンライン110から海に戻される。
[0044]
 上述の如く、脱硫後の海水は二酸化炭素が溶解したHCO イオンを含んでおり、そこにアルカリ土類金属又はアルカリ金属を投入することにより鉱物のような安定した化合物として前記二酸化炭素を固定させるのが本実施例となっている。即ち、本実施例では、従来のように、液体の二酸化炭素を地下の帯水層に貯留するのとは異なり、二酸化炭素を化合物として長期間安定して封じ込めておけるため、地震等で二酸化炭素が地上に漏れ出す可能性は全くなく、長期間モニタリングを行わなくて済む。又、液体の二酸化炭素を高圧で地下に注入するようなことをしないため、地震を引き起こす虞もない。
[0045]
 こうして、本実施例の二酸化炭素固定方法及び装置によれば、二酸化炭素を地下の帯水層に貯留することなく安定状態で固定し得る。
[0046]
 そして、本実施例の二酸化炭素固定方法の場合、前記添加工程で生成された化合物を回収する回収工程を行うようになっている。このように回収工程を行うと、化合物を海に戻さないため、海洋生物や環境に影響を及ぼすことを回避できる。又、本実施例の二酸化炭素固定装置の場合、前記反応槽60で生成された化合物を回収する回収装置100を備えている。このように回収装置100を備えると、化合物は回収装置100に回収されて海に戻されないため、海洋生物や環境に影響を及ぼすことを回避できる。
[0047]
 又、本実施例の二酸化炭素固定方法及び装置の場合、前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムとしている。前記カルシウムやマグネシウムは、廃コンクリート、鉄鋼スラグ、安山岩、玄武岩、土壌又はフライアッシュ等に含まれ、廃材をその処理を兼ねて二酸化炭素の固定に有効活用することができる。しかも、前記カルシウムを用いた場合に化合物として生成される炭酸カルシウム(CaCO )は、貝殻やサンゴの骨格の主成分であって海に存在するものであるため、仮にそのまま海に戻しても何ら問題はない。又、前記マグネシウムを用いた場合に化合物として生成される炭酸マグネシウム(MgCO )は、天然ゴムや合成ゴムの増強剤、耐火・断熱材料、肥料原料、インク・塗料の添加物、ガラス添加剤、製紙、化粧品添加物、食品添加物として利用可能となる。
[0048]
 又、本実施例の二酸化炭素固定方法及び装置の場合、前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムとしている。前記リチウム、ナトリウム又はカリウムは、火成岩又は花崗岩等に含まれている。前記リチウムを用いた場合に化合物として生成される炭酸リチウム(Li CO )、前記ナトリウムを用いた場合に化合物として生成される炭酸ナトリウム(Na CO )、前記カリウムを用いた場合に化合物として生成される炭酸カリウム(K CO )はそれぞれ、工業的に重要な化合物として利用可能となる。
[0049]
 更に又、本実施例の前記二酸化炭素固定装置を備えた排煙脱硫設備としても、二酸化炭素を地下の帯水層に貯留することなく安定状態で固定し得る。
[0050]
 尚、本発明の二酸化炭素固定方法及び装置と排煙脱硫設備は、本開示にて説明した上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

符号の説明

[0051]
 10 吸収塔
 60 反応槽
100 回収装置

請求の範囲

[請求項1]
 硫黄酸化物が含まれる排煙を海水で脱硫する海水脱硫工程と、
該海水脱硫工程で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して化合物を生成する添加工程と
を行う二酸化炭素固定方法。
[請求項2]
 前記添加工程で生成された化合物を回収する回収工程を行う請求項1記載の二酸化炭素固定方法。
[請求項3]
 前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムである請求項1記載の二酸化炭素固定方法。
[請求項4]
 前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムである請求項2記載の二酸化炭素固定方法。
[請求項5]
 前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムである請求項1記載の二酸化炭素固定方法。
[請求項6]
 前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムである請求項2記載の二酸化炭素固定方法。
[請求項7]
 硫黄酸化物が含まれる排煙を海水で脱硫する吸収塔と、
該吸収塔で排煙から硫黄酸化物を吸収した海水にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を添加して化合物を生成する反応槽と
を備えた二酸化炭素固定装置。
[請求項8]
 前記反応槽で生成された化合物を回収する回収装置を備えた請求項7記載の二酸化炭素固定装置。
[請求項9]
 前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムである請求項7記載の二酸化炭素固定装置。
[請求項10]
 前記アルカリ土類金属はカルシウム又はマグネシウムである請求項8記載の二酸化炭素固定装置。
[請求項11]
 前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムである請求項7記載の二酸化炭素固定装置。
[請求項12]
 前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム又はカリウムである請求項8記載の二酸化炭素固定装置。
[請求項13]
 請求項7~12の何れか一項に記載の二酸化炭素固定装置を備えた排煙脱硫設備。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]