特開 2023-135146 二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023135146

(43)【公開日】2023-09-28

(54)【発明の名称】二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20230921BHJP

   B01D 53/83 20060101ALI20230921BHJP

   B01D 53/12 20060101ALI20230921BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20230921BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20230921BHJP

   B01J 8/12 20060101ALI20230921BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/83

B01D53/12

B01D53/14 100

B01D53/18 130

B01J8/12 301

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022040208

(22)【出願日】2022-03-15

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】000228660

【氏名又は名称】日本コンクリート工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100062764

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 襄

(72)【発明者】

【氏名】早川 康之

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 猛

(72)【発明者】

【氏名】松井 信行

【テーマコード（参考）】

4D002

4D012

4D020

4G070

【Ｆターム（参考）】

4D002AA09

4D002AC10

4D002BA03

4D002CA08

4D002DA05

4D002DA35

4D002DA66

4D002DA70

4D002EA13

4D002FA02

4D002GA01

4D002GB12

4D012AA10

4D012BA01

4D012CA03

4D012CC01

4D012CC13

4D012CC14

4D012CC20

4D012CG10

4D020AA03

4D020BA02

4D020BA30

4D020BB01

4D020BC06

4D020CA07

4D020CC06

4D020CC20

4D020DA03

4D020DB10

4G070AA01

4G070AB06

4G070BA02

4G070BB21

4G070CA07

4G070CA10

4G070CA13

4G070CB07

4G070CB08

4G070CB19

4G070DA16

(57)【要約】

【課題】短時間で二酸化炭素を固定化できる二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法を提供する。
【解決手段】二酸化炭素固定化装置１は、コンクリートスラッジの固体部位が原素材２として導入される処理槽５と、処理槽５に導入された原素材２を処理槽５の下部から上部に移動させる撹拌手段１０と、処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給手段６と、処理槽５内の原素材２に水蒸気を供給する水蒸気供給手段７と、処理槽５内の原素材２を乾燥させる乾燥手段と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリートスラッジの固体部位が原素材として導入される処理槽と、
この処理槽に導入された前記原素材を前記処理槽の下部から上部に移動させて撹拌する撹拌手段と、
前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給手段と、
前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記処理槽内の前記原素材を乾燥させる乾燥手段と、
を備えることを特徴とする二酸化炭素固定化装置。

【請求項2】

乾燥手段は、過熱水蒸気により原素材を乾燥させる
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項3】

撹拌手段は、
処理槽内に上下方向に配置された筒状体と、
この筒状体の下端部からこの筒状体の内部を通して前記処理槽内の下部の原素材を前記処理槽内の上部に移動させる持ち上げ手段と、を有する
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化装置。

【請求項4】

撹拌手段は、
処理槽の下部から内部の原素材の一部を前記処理槽の外部に導出する導出手段と、
この導出手段により導出された前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する導入手段と、を有する
ことを特徴とする請求項３記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項5】

持ち上げ手段は、筒状体の下端部からこの筒状体の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する乾燥手段である
ことを特徴とする請求項３または４記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項6】

持ち上げ手段は、オーガスクリュである
ことを特徴とする請求項３ないし５いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項7】

ガス供給手段は、処理槽内の下部にて原素材に二酸化炭素を含むガスを供給する
ことを特徴とする請求項３ないし６いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項8】

コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材として処理槽に導入し、
この処理槽に導入された原素材をこの処理槽の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給し、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給しながら、前記処理槽内の前記原素材を乾燥させる
ことを特徴とする二酸化炭素固定化方法。

【請求項9】

処理槽内の原素材を過熱水蒸気により乾燥させる
ことを特徴とする請求項８記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項10】

処理槽内に上下方向に配置された筒状体を用い、
原素材を乾燥させる過熱水蒸気の加圧供給により、処理槽の下部の前記原素材を、前記筒状体の下端部から前記筒状体の内部を通して前記処理槽の上部に移動させる
ことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項11】

二酸化炭素を含むガスを、処理槽内の下部に供給する
ことを特徴とする請求項１０記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項12】

過熱水蒸気を常時供給し、
水蒸気を間欠供給する
ことを特徴とする請求項９ないし１１いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項13】

処理槽の下部から内部の原素材の一部を外部に導出し、
前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する
ことを特徴とする請求項８ないし１２いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素を固定化する二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、コンクリートスラッジに含まれるカルシウムに二酸化炭素を反応させることで炭酸カルシウムを析出させる二酸化炭素の固定化装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４８９２５２０号公報

【特許文献2】特許第５０７２０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の装置により析出された炭酸カルシウムの粉体は、緩速的な二酸化炭素吸着機能（ＤＡＣ（Direct Air Capture）機能）を有する。近年、地球温暖化などの問題に伴い、二酸化炭素の削減および二酸化炭素の固定から利活用に至る、いわゆるカーボンニュートラルへの貢献が求められるところ、より短時間で二酸化炭素を固定化したいというニーズがある。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、短時間で二酸化炭素を固定化できる二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の二酸化炭素固定化装置は、コンクリートスラッジの固体部位が原素材として導入される処理槽と、この処理槽に導入された前記原素材を前記処理槽の下部から上部に移動させて撹拌する撹拌手段と、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給手段と、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記処理槽内の前記原素材を乾燥させる乾燥手段と、を備えるものである。

【0007】

請求項２記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１記載の二酸化炭素固定化装置において、乾燥手段は、過熱水蒸気により原素材を乾燥させるものである。

【0008】

請求項３記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１または２記載の二酸化炭素固定化装置において、撹拌手段は、処理槽内に上下方向に配置された筒状体と、この筒状体の下端部からこの筒状体の内部を通して前記処理槽内の下部の原素材を前記処理槽内の上部に移動させる持ち上げ手段と、を有するものである。

【0009】

請求項４記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項３記載の二酸化炭素固定化装置において、撹拌手段は、処理槽の下部から内部の原素材の一部を前記処理槽の外部に導出する導出手段と、この導出手段により導出された前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する導入手段と、を有するものである。

【0010】

請求項５記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項３または４記載の二酸化炭素固定化装置において、持ち上げ手段は、筒状体の下端部からこの筒状体の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する乾燥手段であるものである。

【0011】

請求項６記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項３ないし５いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置において、持ち上げ手段は、オーガスクリュであるものである。

【0012】

請求項７記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項３ないし６いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置において、ガス供給手段は、処理槽内の下部にて原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するものである。

【0013】

請求項８記載の二酸化炭素固定化方法は、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材として処理槽に導入し、この処理槽に導入された原素材をこの処理槽の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給し、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給しながら、前記処理槽内の前記原素材を乾燥させるものである。

【0014】

請求項９記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項８記載の二酸化炭素固定化方法において、処理槽内の原素材を過熱水蒸気により乾燥させるものである。

【0015】

請求項１０記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項９記載の二酸化炭素固定化方法において、処理槽内に上下方向に配置された筒状体を用い、原素材を乾燥させる過熱水蒸気の加圧供給により、処理槽の下部の前記原素材を、前記筒状体の下端部から前記筒状体の内部を通して前記処理槽の上部に移動させるものである。

【0016】

請求項１１記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項１０記載の二酸化炭素固定化方法において、二酸化炭素を含むガスを、処理槽内の下部に供給するものである。

【0017】

請求項１２記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項９ないし１１いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法において、過熱水蒸気を常時供給し、水蒸気を間欠供給するものである。

【0018】

請求項１３記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項８ないし１２いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法において、処理槽の下部から内部の原素材の一部を外部に導出し、前記原素材を前記処理槽の上部に再導入するものである。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、短時間で二酸化炭素を固定化できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素固定化装置を模式的に示す説明図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素固定化装置を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。

【0022】

図１において、１は二酸化炭素固定化装置である。二酸化炭素固定化装置１は、原素材２が有する二酸化炭素吸着機能を積極的に利用して、二酸化炭素を短時間で原素材２に固定化し、乾燥状態の粉体３を製造する粉体製造装置である。

【0023】

ここで、原素材２は、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位が用いられる。本実施の形態において、コンクリートスラッジは、コンクリート二次製品製造時に発生するコンクリートスラッジである。コンクリート二次製品とは、セメント、水、細骨材、粗骨材、混和材からなるコンクリート材料を固化させた、例えばコンクリート柱、コンクリート杭等の製品をいう。特に、原素材２は、コンクリート二次製品製造時の遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジである。遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジは、品質的にモルタルスラッジ、さらにはセメントペーストスラッジと同等のものである。そのため、原素材２および粉体３には、粗骨材及び細骨材が除去されている。本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１で製造される粉体３は、粒子径０．５ｍｍ以上の骨材（石粉等）を含んでいない。粉体３は、二酸化炭素を固定化した二酸化炭素固定化粉体であって、かつ、二酸化炭素吸着機能を有する二酸化炭素吸着材である。

【0024】

原素材２は、セメント由来のカルシウム（Ｃａ）分を豊富に含む、高アルカリ性の材料である。当該カルシウム分が二酸化炭素の吸着に有効な成分である。原素材２は、放置していても、緩速的に二酸化炭素を重量に対して１０ｗｔ％程度まで吸着することが可能となっている。

【0025】

なお、原素材２は、コンクリート二次製品工場で発生するコンクリートスラッジ、あるいは、生コンプラントにおける残コンクリート（残コン）、あるいは戻りコンクリート（戻りコン）について、粗骨材及び細骨材を分離したものを用いてもよい。すなわち、原素材２となるコンクリートスラッジは、いずれもフレッシュコンクリートの余剰分である。

【0026】

また、好ましくは、粉体３は、５ｍｍ以下、または、０．５ｍｍ以下、または、１０μｍ以下の粒体である。粉体３は、細粒化されているほど、二酸化炭素吸着機能が向上して、より早く反応し、粒が大きいほど、長期に亘り二酸化炭素吸着機能が維持される。

【0027】

粉体３は、基本的にセメントと水のみの組成であり、一例として、カルシウム２０重量％以上３０重量％以下、ケイ素（Ｓｉ）５重量％以上１０重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）１重量％以上５重量％以下、鉄（Ｆｅ）１重量％以上５重量％以下を含有する。

【0028】

そして、原素材２には、水和反応機能が残存しており、時間経過により固結し、強度が発現して大きな塊を生成する。そのため、本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１では、原素材２に対し二酸化炭素の吸着率をさらに増加させるとともに、水和反応による強度発現を低減させるために、水分を含ませる。

【0029】

そこで、二酸化炭素固定化装置１は、原素材２を収容する処理槽５を備えるとともに、処理槽５内の原素材２に対して二酸化炭素を含むガス供給手段６に加えて、水分として水蒸気を供給する水分供給手段である水蒸気供給手段７を備える。

【0030】

処理槽５は、竪型サイロとも呼ばれるもので、撹拌機能を有する。処理槽５は、上下方向に長手状に形成されている。本実施の形態において、処理槽５は、外面が円筒状の処理槽本体部８と、外面が円錐状の縮小部９と、を上下に一体的に有し、軸方向を上下方向に沿わせて配置されている。処理槽本体部８は、一定または略一定の径寸法を有する円筒状である。縮小部９は、処理槽本体部８の下部に同軸状に連なり、下方に向かって縮径している。

【0031】

ガス供給手段６は、ガス中の二酸化炭素を原素材２のカルシウム分に反応させることで、炭酸カルシウムを生成させ、二酸化炭素を固定化させるものである。ガス供給手段６は、ガス供給源と接続された配管、バルブ、および、ノズルなどを有する。ガス供給手段６は、処理槽５の下部に接続されている。図示される例では、ガス供給手段６は、縮小部９に接続されている。したがって、ガス供給手段６からのガスの供給により、処理槽５内の下部に滞留した原素材２が上下方向などに揺動されるようになっている。ガス供給手段６は、ガスを常時または間欠的に加圧供給する。好ましくは、ガス供給手段６は、縮小部９の周囲の複数箇所に均等または略均等に配置されている。より好ましくは、ガス供給手段６は、縮小部９の上下の複数の位置に配置されている。さらに好ましくは、ガス供給手段６のいずれかは、処理槽５の最下部の近傍に位置している。

【0032】

ガス供給手段６により供給されるガスは、ボイラや発電所などのガス供給源からの排ガスが好適に利用される。

【0033】

水蒸気供給手段７は、水蒸気供給源と接続されたポンプ、配管、バルブ、および、ノズルなどを有する。水蒸気供給手段７は、処理槽５の上部に接続され、処理槽５内の原素材２に対し上部から水蒸気を供給する。図示される例では、水蒸気供給手段７は、処理槽５の処理槽本体部８の上部側の外周部に接続されている。好ましくは、水蒸気供給手段７は、間欠的に水蒸気を供給するように駆動される。

【0034】

処理槽５内でガスおよび水蒸気が供給される原素材２は、撹拌手段１０によって処理槽５の下部から上部へと移動されることで撹拌される。本実施の形態において、撹拌手段１０は、処理槽５内で原素材２を下部から上部に移動させて撹拌する内部撹拌手段を有する。内部撹拌手段は、処理槽５内に配置された筒状体１２と、筒状体１２の内部を通して処理槽５内の下部の原素材２を処理槽５の上部に循環させる持ち上げ手段１３と、からなる。

【0035】

筒状体１２は、処理槽５の中心軸に沿って上下方向に延びて配置された円筒状のパイプ（直管）である。筒状体１２の下端部は、処理槽５の縮小部９内に位置する。筒状体１２の下端部は、縮小部９の下端部に対して上方に離れている。筒状体１２の下端部は、下方に向かって拡開されていてもよい。また、筒状体１２の上端部は、処理槽５の処理槽本体部８内に位置する。筒状体１２の上端部は、処理槽５の上端部近傍まで延びている。好ましくは、筒状体１２の上端部に対向して、拡散体１４が配置されている。拡散体１４は、筒状体１２から吹き出した原素材２の上方への飛散を阻止しつつ、筒状体１２の周辺へと原素材２を拡散させるものである。拡散体１４は、上方から下方へと拡大する円錐状（傘状）に形成されている。拡散体１４の下部の外径寸法は、筒状体１２の外径寸法よりも大きく設定されている。拡散体１４は、筒状体１２の上端部に対し、離れて位置する。拡散体１４は、筒状体１２から吹き出した原素材２を筒状体１２の側方にて処理槽５内へと拡散させる機能を有する。

【0036】

持ち上げ手段１３は、任意の構成としてよいが、本実施の形態では、加圧された気体を筒状体１２の下端部の位置から筒状体１２の内部に吹き込んで、エアリフト効果によって処理槽５内の下部の原素材２を筒状体１２内に通して処理槽５の上部に持ち上げるようになっている。持ち上げ手段１３は、気体を吹き込む先端部が筒状体１２の内部に挿入されている。好ましくは、持ち上げ手段１３は、処理槽５内の原素材２を乾燥させる乾燥手段である。すなわち、持ち上げ手段１３は、加圧された乾燥用の気体、例えば過熱水蒸気を用いて、処理槽５内の下部の原素材２を筒状体１２内に通して処理槽５の上部に移動させる。過熱水蒸気は、例えば３００℃～８００℃程度の温度である。本実施の形態において、持ち上げ手段１３は、過熱水蒸気源と接続されたポンプ、配管、バルブ、および、ノズルなどを有し、加圧された過熱水蒸気を、筒状体１２の下端部から筒状体１２の内部に向かって常時供給するように駆動される。好ましくは、持ち上げ手段（乾燥手段）１３は、過熱水蒸気に二酸化炭素を含むガスを混入したものを供給する。このガスは、ガス供給手段６により供給されるガスと同一でもよいし、異なっていてもよい。持ち上げ手段１３は、処理槽５の下部に位置し、水蒸気供給手段７よりも下方にある。

【0037】

また、撹拌手段１０は、処理槽５の外部を介して原素材２を処理槽５の下部から上部に移動させる外部撹拌手段を有していてもよい。外部撹拌手段は、内部撹拌手段により撹拌される原素材２よりも処理槽５において下方に位置する原素材２を撹拌するためのものである。外部撹拌手段は、処理槽５の下部から原素材２の一部を導出する導出手段１６と、導出手段１６により導出された原素材２を処理槽５の上部に再導入する導入手段１７と、からなる。

【0038】

導出手段１６は、処理槽５の下部に形成された導出口２０に取り付けられている。本実施の形態において、導出口２０は、処理槽５の最下部に形成されている。つまり、導出口２０は、筒状体１２の下端部よりも下方に位置する。導出手段１６は、導出口２０から原素材２の一部を処理槽５の外部に導出可能となっている。本実施の形態において、導出手段１６は、例えば回動により所定量ずつの原素材２を処理槽５から導出するロータリフィーダが用いられる。また、導出手段１６は、処理槽５内で原素材２が粉体３に製造された後、この粉体３を処理槽５から排出する排出手段の機能を有する。

【0039】

導出手段１６から導出された原素材２は、排出部２２および搬送手段２３を介して導入手段１７へと運ばれる。排出部２２は、原素材２を搬送手段２３に運ぶシュートである。本実施の形態では、排出部２２は、導出手段１６により処理槽５から導出された原素材２を搬送手段２３に運ぶ第一部分２２ａと、導出手段１６により処理槽５から導出された粉体３を粉体搬送手段２４に運ぶ第二部分２２ｂと、に分岐された二股シュートである。排出部２２の内部には、第一部分２２ａと第二部分２２ｂとのいずれか一方を択一的に開くように切り替え可能な弁体２５が配置されている。

【0040】

搬送手段２３および粉体搬送手段２４としては、例えばコンベヤが用いられる。搬送手段２３および粉体搬送手段２４は、それぞれ排出部２２から離れるほど上方に向かって傾斜するように配置されている。搬送手段２３の搬送方向の下流側の下方に、導入手段１７の受け部２７が配置されている。また、搬送手段２３の上方には、原素材２を最初に処理槽５に導入するための原素材導入手段３０が配置されている。本実施の形態において、原素材導入手段３０は、原素材２を受け入れる受け入れ部３１と、受け入れ部３１に受け入れた原素材２を搬送手段２３へと搬送するコンベヤなどの搬送部３２と、を有する。受け入れ部３１としては、例えばホッパフィーダが用いられる。図示される例では、受け入れ部３１は、原素材２が投入されるホッパ部３４と、このホッパ部３４に投入された原素材２を粉砕しながら搬送部３２へと排出するフィーダ部３５と、を有する。フィーダ部３５には、原素材２を粉砕するスクリュ３５ａと、このスクリュ３５ａを駆動するモータ３５ｂと、が設けられている。

【0041】

また、粉体搬送手段２４の搬送方向の下流側の下方に、運ばれた粉体３を受け取る受け取り部（受取箱）３７が配置されている。

【0042】

導入手段１７は、受け部２７に連なって、搬送路４０を有する。搬送路４０は、上下方向に延びる円筒状のパイプである。搬送路４０の下端部に受け部２７が配置され、搬送路４０の上端部が処理槽５の上端部よりも上方に位置する。搬送路４０内には、原素材２を搬送する搬送体４１が配置されている。本実施の形態において、搬送体４１は、オーガスクリュである。搬送体４１は、搬送路４０に沿って配置されている。搬送体４１は、搬送路４０の下端部から上端部に亘って位置する。搬送体４１は、モータ４２により回転駆動されることで、原素材２を搬送路４０内で上方に持ち上げる。また、搬送路４０の上端部には、搬送路４０から処理槽５の上部へと原素材２を導入する導入部４３が接続されている。導入部４３は、原素材２を処理槽５の上部へと運ぶ導入用シュートである。導入部４３は、基端部である搬送路４０側から先端部である処理槽５側へと下方に向かい傾斜している。好ましくは、導入部４３の先端部は、処理槽５の頂部にて拡散体１４の上部に対向して位置する。導入手段１７は、原素材２を最初に処理槽５に導入する際の原素材導入手段の一部として兼用される。

【0043】

そして、処理槽５には、内部に供給されたガスや過熱水蒸気などを排出するための排気部４５が接続されている。排気部４５は、例えば処理槽５の上部に接続されている。排気部４５には、フィルタ４６が接続されている。フィルタ４６は、排気に含まれる粉塵の大気中への拡散を抑制するものである。フィルタ４６としては、例えばバグフィルタが用いられる。

【0044】

次に、本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１による二酸化炭素固定化方法（粉体３の製造方法）について説明する。

【0045】

まず、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材２として処理槽５に導入する。本実施の形態では、原素材２を原素材導入手段３０の受け入れ部３１のホッパ部３４に投入すると、受け入れ部３１のフィーダ部３５において、モータ３５ｂにより駆動されたスクリュ３５ａが原素材２を粉砕しつつ搬送部３２へと搬送する。搬送部３２により搬送された原素材２は、搬送手段２３へと落下し、搬送手段２３から導入手段１７の受け部２７へと搬送される。受け部２７に搬送された原素材２は、モータ４２により回動される搬送体４１によって搬送路４０内を上昇し、導入部４３を介して処理槽５へと導入される。

【0046】

次いで、所定量の原素材２が処理槽５に導入されると、この処理槽５内の原素材２を撹拌手段１０によって処理槽５の上部に移動させて撹拌しつつ、処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスをガス供給手段６により供給し、処理槽５内の原素材２に水蒸気供給手段７から水蒸気を（間欠的に）供給しながら、処理槽５内の原素材２を乾燥手段の機能を有する持ち上げ手段１３によって乾燥させる。

【0047】

つまり、ガス供給手段６では、処理槽５の下部の位置で処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスを加圧供給する。ガス供給手段６は、ガスを常時、または、間欠的に供給する。これにより、原素材２に含まれるカルシウム分が二酸化炭素と反応し、炭酸カルシウムが生成されて、二酸化炭素が原素材２に固定化されていく。

【0048】

また、撹拌手段１０では、持ち上げ手段１３から加圧過熱水蒸気を筒状体１２の下端部から筒状体１２に常時吹き込むことで、処理槽５の下部に位置する原素材２を乾燥させつつエアリフト効果によって筒状体１２内を上昇させ、筒状体１２の上端部から処理槽５の上部へと吹き出させる。このとき、ガス供給手段６から処理槽５の下部の位置で原素材２にガスが加圧供給されていることで、原素材２が処理槽５内で揺動し、持ち上げ手段１３によるエアリフト効果による原素材２の吸い上げがより容易になる。また、持ち上げ手段１３により供給される加圧過熱水蒸気には、二酸化炭素を含むガスが混入されているので、原素材２の二酸化炭素吸着機能（ＤＡＣ（Direct Air Capture）機能）によって、二酸化炭素が原素材２のカルシウム分と反応し、炭酸カルシウムが生成されて、二酸化炭素が原素材２に固定化されていく。筒状体１２の上端部から吹き出された原素材２は、拡散体１４の下部に吹き付けられ、拡散体１４の傾斜にしたがい筒状体１２の側方へと拡散されて、処理槽５内の原素材２の上部に重なる。

【0049】

また、持ち上げ手段１３により持ち上げきれない処理槽５の最下部の原素材２は、導出口２０から導出手段１６により排出され、排出部２２の第一部分２２ａを介して搬送手段２３へと搬送される。そして、この原素材２は、搬送手段２３により導入手段１７の受け部２７へと送られ、導入手段１７のモータ４２により回動される搬送体４１によって搬送路４０内を上昇し、導入部４３を介して処理槽５へと再導入される。このとき、拡散体１４の上部に原素材２が導入されることで、拡散体１４の上部の形状にしたがい、原素材２が拡散されつつ処理槽５内の原素材２の上部に重なる。

【0050】

このように、原素材２は、撹拌手段１０によって、上下に撹拌されつつ徐々に乾燥される。

【0051】

また、水蒸気供給手段７では、処理槽５の上部の位置で処理槽５内の原素材２に水蒸気を加圧供給する。つまり、処理槽５の下部にある原素材２が処理槽５の上部に吹き上げられた状態で水蒸気供給手段７により加水される。これにより、原素材２による二酸化炭素吸着効果が上昇される。本実施の形態では、水蒸気供給手段７は、水蒸気を間欠的に供給する。

【0052】

このように、処理槽５内で原素材２に対し、撹拌（乾燥）、ガス供給、加水が繰り返されることで、原素材２が乾燥されながら、二酸化炭素の固定化が効率的に進んでいく。

【0053】

そして、二酸化炭素固定化装置１の所定時間の稼働により、原素材２に二酸化炭素が吸着された粉体３が乾燥物として処理槽５内に製造される。この粉体３には、水蒸気を導入することなく原素材２から製造した粉体と比較して、二酸化炭素の吸着率が約１０％程度向上しており、当該粉体３の二酸化炭素の吸着率は、当該粉体３の重量に対して１０ｗｔ％～２５ｗｔ％である。

【0054】

製造された粉体３は、導出口２０を介して処理槽５の下部から排出され、排出部２２の第二部分２２ｂを介して粉体搬送手段２４に運ばれ、粉体搬送手段２４により受け取り部３７へと搬送される。受け取り部３７に受け取られた粉体３を、必要に応じてフィルタ手段によりフィルタリングすることで、５ｍｍ以下、または、０．５ｍｍ以下、または、１０μｍ以下の３種の製品が得られる。そして、この粉体３は、製造過程で二酸化炭素が固定化されているだけでなく、その内部においてさらなる二酸化炭素吸着機能を備え、時間経過とともに二酸化炭素を吸着する機能、つまり緩速的な二酸化炭素吸着機能を発揮する。粉体３による二酸化炭素吸着機能は、微細粉（粒径１μｍ以上３０μｍ以下）であれば、より早く二酸化炭素を吸着でき、粒状（粒径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下）であれば、より長期に亘り緩速的に二酸化炭素を吸着できる。

【0055】

例えば、本実施の形態により製造される粉体３は、山岳トンネル及びシールドトンネルの裏込め注入剤の主材、コンクリート混練り時の混和材、アスファルト舗装フィラー材、あるいは土壌改良剤としての脱水及び硬化助材、様々な間隙充填材、中和剤等、様々なものに適用でき、使い勝手が良好であるとともに、これらの適用により二酸化炭素を固定化した固定物の利活用が可能となる。

【0056】

したがって、従来産業廃棄物として廃棄されてきて年間３００万トン以上の排出があるコンクリートスラッジを有効利用して粉体を製造できるだけでなく、二酸化炭素に起因する地球温暖化対策にも有効であるとともに、二酸化炭素を回収し有効利用するＣＣＵ（Carbon dioxide Capture and Utilization）に好適に用いることができる。

【0057】

このように、第１の実施の形態によれば、処理槽５に導入した原素材２を撹拌手段１０により処理槽５の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、ガス供給手段６により処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスを供給し、水蒸気供給手段７により処理槽５内の原素材２に水蒸気を供給しながら乾燥手段により処理槽５内の原素材２を乾燥させることで、原素材２が有する二酸化炭素吸着機能を効果的に発現させ、短時間で二酸化炭素を固定化できる。

【0058】

また、乾燥手段から供給する過熱水蒸気により原素材２を乾燥させるため、二酸化炭素を新たに発生させることなく原素材２を乾燥させることができる。

【0059】

また、撹拌手段１０は、処理槽５内に上下方向に配置された筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部を通して処理槽５内の下部の原素材２を持ち上げ手段１３により処理槽５内の上部に移動させることで原素材２を撹拌するので、簡素な構成で原素材２を効率よく撹拌できる。

【0060】

さらに、持ち上げ手段１３として、筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する乾燥手段を用いることで、処理槽５内などに配線を施すことなく、簡素な構成で原素材２を容易に持ち上げることができる。

【0061】

しかも、ガス供給手段６によるガス供給を、処理槽５の下部に行うことで、ガスの供給によって処理槽５の下部の原素材２が揺動されるので、撹拌手段１０により原素材２をより容易に持ち上げることができる。

【0062】

さらに、乾燥手段により過熱水蒸気を常時供給し、水蒸気供給手段７により水蒸気を間欠供給するので、原素材２の二酸化炭素吸着機能を効果的に発現させて、二酸化炭素をより短時間で固定化できる。

【0063】

また、撹拌手段１０は、処理槽５の下部から内部の原素材２の一部を導出手段１６により処理槽５の外部に導出し、この導出した原素材２を導入手段１７により処理槽５の上部に再導入することで、筒状体１２および持ち上げ手段１３により持ち上げきれない処理槽５内の原素材２、つまり処理槽５の最下部に溜まった原素材２を処理槽５の上部へと循環（切り返し）させて、処理槽５内の原素材２の全体の撹拌が可能になる。

【0064】

次に、第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

【0065】

この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の撹拌手段１０が、持ち上げ手段であるオーガスクリュ４７を備えるものである。オーガスクリュ４７は、筒状体１２の内部に、筒状体１２に沿って配置されている。オーガスクリュ４７は、筒状体１２の下端部から上端部に亘って位置する。オーガスクリュ４７は、モータ４８により回転駆動されることで、原素材２を筒状体１２内で上方に持ち上げる。

【0066】

また、二酸化炭素固定化装置１は、処理槽５内の原素材２を乾燥させる乾燥手段４９を備える。この乾燥手段４９は、第１の実施の形態の持ち上げ手段１３と同様に、加圧された乾燥用の気体、例えば過熱水蒸気を原素材２に吹き付けて、原素材２を乾燥させるものである。乾燥手段４９は、気体を吹き込む先端部が筒状体１２の内部に挿入されている。なお、第１の実施の形態の持ち上げ手段１３と同様に、乾燥手段４９により過熱水蒸気を筒状体１２の下端部から筒状体１２の内部に吹き込むことで、原素材２の持ち上げを補助するようにしてもよい。

【0067】

そして、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材２として処理槽５に所定量導入し、この処理槽５内の原素材２を撹拌手段１０によって処理槽５の上部に移動させて撹拌しつつ、処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスをガス供給手段６により供給し、処理槽５内の原素材２に水蒸気供給手段７から水蒸気を（間欠的に）供給しながら、処理槽５内の原素材２を乾燥手段４９によって乾燥させるなど、上記の第１の実施の形態と同様に処理することで、短時間で二酸化炭素を固定化できるなど、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0068】

また、撹拌手段１０の持ち上げ手段としてオーガスクリュ４７を用い、筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部へとオーガスクリュ４７によって物理的に原素材２を持ち上げるので、簡素な構成で原素材２を確実に持ち上げることができる。

【0069】

なお、上記の各実施の形態において、原素材２を処理槽５に導入するための各手段は、上記に示した例に限らず、任意に構成されていてよい。

【符号の説明】

【0070】

１ 二酸化炭素固定化装置
２ 原素材
５ 処理槽
６ ガス供給手段
７ 水蒸気供給手段
１０ 撹拌手段
１２ 筒状体
１３ 乾燥手段の機能を有する持ち上げ手段
１６ 導出手段
１７ 導入手段
４７ 持ち上げ手段であるオーガスクリュ
４９ 乾燥手段

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2022-06-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素を固定化する二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、コンクリートスラッジに含まれるカルシウムに二酸化炭素を反応させることで炭酸カルシウムを析出させる二酸化炭素の固定化装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４８９２５２０号公報

【特許文献2】特許第５０７２０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の装置により析出された炭酸カルシウムの粉体は、緩速的な二酸化炭素吸着機能（ＤＡＣ（Direct Air Capture）機能）を有する。近年、地球温暖化などの問題に伴い、二酸化炭素の削減および二酸化炭素の固定から利活用に至る、いわゆるカーボンニュートラルへの貢献が求められるところ、より短時間で二酸化炭素を固定化したいというニーズがある。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、短時間で二酸化炭素を固定化できる二酸化炭素固定化装置および二酸化炭素固定化方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の二酸化炭素固定化装置は、コンクリートスラッジの固体部位が原素材として導入される処理槽と、この処理槽に導入された前記原素材を前記処理槽の下部から上部に移動させて撹拌する撹拌手段と、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給手段と、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、前記処理槽内の前記原素材を乾燥させる乾燥手段と、を備え、前記撹拌手段は、前記処理槽内に上下方向に配置された筒状体と、この筒状体の下端部からこの筒状体の内部を通して前記処理槽内の下部の原素材を前記処理槽内の上部に移動させる持ち上げ手段と、を有し、前記持ち上げ手段は、前記筒状体の下端部からこの筒状体の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する前記乾燥手段であるものである。

【0007】

請求項２記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１記載の二酸化炭素固定化装置において、乾燥手段は、過熱水蒸気により原素材を乾燥させるものである。

【0008】

請求項３記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１または２記載の二酸化炭素固定化装置において、撹拌手段は、処理槽の下部から内部の原素材の一部を前記処理槽の外部に導出する導出手段と、この導出手段により導出された前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する導入手段と、を有するものである。

【0009】

請求項４記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１ないし３いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置において、持ち上げ手段は、オーガスクリュであるものである。

【0010】

請求項５記載の二酸化炭素固定化装置は、請求項１ないし４いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置において、ガス供給手段は、処理槽内の下部にて原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するものである。

【0011】

請求項６記載の二酸化炭素固定化方法は、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材として処理槽に導入し、この処理槽に導入された原素材をこの処理槽の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給し、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給しながら、前記処理槽内にさらに過熱水蒸気を供給して、この過熱水蒸気により前記原素材を乾燥させるものである。

【0012】

請求項７記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項６記載の二酸化炭素固定化方法において、処理槽内に上下方向に配置された筒状体を用い、原素材を乾燥させる過熱水蒸気の加圧供給により、処理槽の下部の前記原素材を、前記筒状体の下端部から前記筒状体の内部を通して前記処理槽の上部に移動させるものである。

【0013】

請求項８記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項７記載の二酸化炭素固定化方法において、二酸化炭素を含むガスを、処理槽内の下部に供給するものである。

【0014】

請求項９記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項６ないし８いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法において、過熱水蒸気を常時供給し、水蒸気を間欠供給するものである。

【0015】

請求項１０記載の二酸化炭素固定化方法は、請求項６ないし９いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法において、処理槽の下部から内部の原素材の一部を外部に導出し、前記原素材を前記処理槽の上部に再導入するものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、短時間で二酸化炭素を固定化できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素固定化装置を模式的に示す説明図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素固定化装置を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。

【0019】

図１において、１は二酸化炭素固定化装置である。二酸化炭素固定化装置１は、原素材２が有する二酸化炭素吸着機能を積極的に利用して、二酸化炭素を短時間で原素材２に固定化し、乾燥状態の粉体３を製造する粉体製造装置である。

【0020】

ここで、原素材２は、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位が用いられる。本実施の形態において、コンクリートスラッジは、コンクリート二次製品製造時に発生するコンクリートスラッジである。コンクリート二次製品とは、セメント、水、細骨材、粗骨材、混和材からなるコンクリート材料を固化させた、例えばコンクリート柱、コンクリート杭等の製品をいう。特に、原素材２は、コンクリート二次製品製造時の遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジである。遠心成形工程にて発生するコンクリートスラッジは、品質的にモルタルスラッジ、さらにはセメントペーストスラッジと同等のものである。そのため、原素材２および粉体３には、粗骨材及び細骨材が除去されている。本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１で製造される粉体３は、粒子径０．５ｍｍ以上の骨材（石粉等）を含んでいない。粉体３は、二酸化炭素を固定化した二酸化炭素固定化粉体であって、かつ、二酸化炭素吸着機能を有する二酸化炭素吸着材である。

【0021】

原素材２は、セメント由来のカルシウム（Ｃａ）分を豊富に含む、高アルカリ性の材料である。当該カルシウム分が二酸化炭素の吸着に有効な成分である。原素材２は、放置していても、緩速的に二酸化炭素を重量に対して１０ｗｔ％程度まで吸着することが可能となっている。

【0022】

なお、原素材２は、コンクリート二次製品工場で発生するコンクリートスラッジ、あるいは、生コンプラントにおける残コンクリート（残コン）、あるいは戻りコンクリート（戻りコン）について、粗骨材及び細骨材を分離したものを用いてもよい。すなわち、原素材２となるコンクリートスラッジは、いずれもフレッシュコンクリートの余剰分である。

【0023】

また、好ましくは、粉体３は、５ｍｍ以下、または、０．５ｍｍ以下、または、１０μｍ以下の粒体である。粉体３は、細粒化されているほど、二酸化炭素吸着機能が向上して、より早く反応し、粒が大きいほど、長期に亘り二酸化炭素吸着機能が維持される。

【0024】

粉体３は、基本的にセメントと水のみの組成であり、一例として、カルシウム２０重量％以上３０重量％以下、ケイ素（Ｓｉ）５重量％以上１０重量％以下、アルミニウム（Ａｌ）１重量％以上５重量％以下、鉄（Ｆｅ）１重量％以上５重量％以下を含有する。

【0025】

そして、原素材２には、水和反応機能が残存しており、時間経過により固結し、強度が発現して大きな塊を生成する。そのため、本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１では、原素材２に対し二酸化炭素の吸着率をさらに増加させるとともに、水和反応による強度発現を低減させるために、水分を含ませる。

【0026】

そこで、二酸化炭素固定化装置１は、原素材２を収容する処理槽５を備えるとともに、処理槽５内の原素材２に対して二酸化炭素を含むガス供給手段６に加えて、水分として水蒸気を供給する水分供給手段である水蒸気供給手段７を備える。

【0027】

処理槽５は、竪型サイロとも呼ばれるもので、撹拌機能を有する。処理槽５は、上下方向に長手状に形成されている。本実施の形態において、処理槽５は、外面が円筒状の処理槽本体部８と、外面が円錐状の縮小部９と、を上下に一体的に有し、軸方向を上下方向に沿わせて配置されている。処理槽本体部８は、一定または略一定の径寸法を有する円筒状である。縮小部９は、処理槽本体部８の下部に同軸状に連なり、下方に向かって縮径している。

【0028】

ガス供給手段６は、ガス中の二酸化炭素を原素材２のカルシウム分に反応させることで、炭酸カルシウムを生成させ、二酸化炭素を固定化させるものである。ガス供給手段６は、ガス供給源と接続された配管、バルブ、および、ノズルなどを有する。ガス供給手段６は、処理槽５の下部に接続されている。図示される例では、ガス供給手段６は、縮小部９に接続されている。したがって、ガス供給手段６からのガスの供給により、処理槽５内の下部に滞留した原素材２が上下方向などに揺動されるようになっている。ガス供給手段６は、ガスを常時または間欠的に加圧供給する。好ましくは、ガス供給手段６は、縮小部９の周囲の複数箇所に均等または略均等に配置されている。より好ましくは、ガス供給手段６は、縮小部９の上下の複数の位置に配置されている。さらに好ましくは、ガス供給手段６のいずれかは、処理槽５の最下部の近傍に位置している。

【0029】

ガス供給手段６により供給されるガスは、ボイラや発電所などのガス供給源からの排ガスが好適に利用される。

【0030】

水蒸気供給手段７は、水蒸気供給源と接続されたポンプ、配管、バルブ、および、ノズルなどを有する。水蒸気供給手段７は、処理槽５の上部に接続され、処理槽５内の原素材２に対し上部から水蒸気を供給する。図示される例では、水蒸気供給手段７は、処理槽５の処理槽本体部８の上部側の外周部に接続されている。好ましくは、水蒸気供給手段７は、間欠的に水蒸気を供給するように駆動される。

【0031】

処理槽５内でガスおよび水蒸気が供給される原素材２は、撹拌手段１０によって処理槽５の下部から上部へと移動されることで撹拌される。本実施の形態において、撹拌手段１０は、処理槽５内で原素材２を下部から上部に移動させて撹拌する内部撹拌手段を有する。内部撹拌手段は、処理槽５内に配置された筒状体１２と、筒状体１２の内部を通して処理槽５内の下部の原素材２を処理槽５の上部に循環させる持ち上げ手段１３と、からなる。

【0032】

筒状体１２は、処理槽５の中心軸に沿って上下方向に延びて配置された円筒状のパイプ（直管）である。筒状体１２の下端部は、処理槽５の縮小部９内に位置する。筒状体１２の下端部は、縮小部９の下端部に対して上方に離れている。筒状体１２の下端部は、下方に向かって拡開されていてもよい。また、筒状体１２の上端部は、処理槽５の処理槽本体部８内に位置する。筒状体１２の上端部は、処理槽５の上端部近傍まで延びている。好ましくは、筒状体１２の上端部に対向して、拡散体１４が配置されている。拡散体１４は、筒状体１２から吹き出した原素材２の上方への飛散を阻止しつつ、筒状体１２の周辺へと原素材２を拡散させるものである。拡散体１４は、上方から下方へと拡大する円錐状（傘状）に形成されている。拡散体１４の下部の外径寸法は、筒状体１２の外径寸法よりも大きく設定されている。拡散体１４は、筒状体１２の上端部に対し、離れて位置する。拡散体１４は、筒状体１２から吹き出した原素材２を筒状体１２の側方にて処理槽５内へと拡散させる機能を有する。

【0033】

持ち上げ手段１３は、任意の構成としてよいが、本実施の形態では、加圧された気体を筒状体１２の下端部の位置から筒状体１２の内部に吹き込んで、エアリフト効果によって処理槽５内の下部の原素材２を筒状体１２内に通して処理槽５の上部に持ち上げるようになっている。持ち上げ手段１３は、気体を吹き込む先端部が筒状体１２の内部に挿入されている。好ましくは、持ち上げ手段１３は、処理槽５内の原素材２を乾燥させる乾燥手段である。すなわち、持ち上げ手段１３は、加圧された乾燥用の気体、例えば過熱水蒸気を用いて、処理槽５内の下部の原素材２を筒状体１２内に通して処理槽５の上部に移動させる。過熱水蒸気は、例えば３００℃～８００℃程度の温度である。本実施の形態において、持ち上げ手段１３は、過熱水蒸気源と接続されたポンプ、配管、バルブ、および、ノズルなどを有し、加圧された過熱水蒸気を、筒状体１２の下端部から筒状体１２の内部に向かって常時供給するように駆動される。好ましくは、持ち上げ手段（乾燥手段）１３は、過熱水蒸気に二酸化炭素を含むガスを混入したものを供給する。このガスは、ガス供給手段６により供給されるガスと同一でもよいし、異なっていてもよい。持ち上げ手段１３は、処理槽５の下部に位置し、水蒸気供給手段７よりも下方にある。

【0034】

また、撹拌手段１０は、処理槽５の外部を介して原素材２を処理槽５の下部から上部に移動させる外部撹拌手段を有していてもよい。外部撹拌手段は、内部撹拌手段により撹拌される原素材２よりも処理槽５において下方に位置する原素材２を撹拌するためのものである。外部撹拌手段は、処理槽５の下部から原素材２の一部を導出する導出手段１６と、導出手段１６により導出された原素材２を処理槽５の上部に再導入する導入手段１７と、からなる。

【0035】

導出手段１６は、処理槽５の下部に形成された導出口２０に取り付けられている。本実施の形態において、導出口２０は、処理槽５の最下部に形成されている。つまり、導出口２０は、筒状体１２の下端部よりも下方に位置する。導出手段１６は、導出口２０から原素材２の一部を処理槽５の外部に導出可能となっている。本実施の形態において、導出手段１６は、例えば回動により所定量ずつの原素材２を処理槽５から導出するロータリフィーダが用いられる。また、導出手段１６は、処理槽５内で原素材２が粉体３に製造された後、この粉体３を処理槽５から排出する排出手段の機能を有する。

【0036】

導出手段１６から導出された原素材２は、排出部２２および搬送手段２３を介して導入手段１７へと運ばれる。排出部２２は、原素材２を搬送手段２３に運ぶシュートである。本実施の形態では、排出部２２は、導出手段１６により処理槽５から導出された原素材２を搬送手段２３に運ぶ第一部分２２ａと、導出手段１６により処理槽５から導出された粉体３を粉体搬送手段２４に運ぶ第二部分２２ｂと、に分岐された二股シュートである。排出部２２の内部には、第一部分２２ａと第二部分２２ｂとのいずれか一方を択一的に開くように切り替え可能な弁体２５が配置されている。

【0037】

搬送手段２３および粉体搬送手段２４としては、例えばコンベヤが用いられる。搬送手段２３および粉体搬送手段２４は、それぞれ排出部２２から離れるほど上方に向かって傾斜するように配置されている。搬送手段２３の搬送方向の下流側の下方に、導入手段１７の受け部２７が配置されている。また、搬送手段２３の上方には、原素材２を最初に処理槽５に導入するための原素材導入手段３０が配置されている。本実施の形態において、原素材導入手段３０は、原素材２を受け入れる受け入れ部３１と、受け入れ部３１に受け入れた原素材２を搬送手段２３へと搬送するコンベヤなどの搬送部３２と、を有する。受け入れ部３１としては、例えばホッパフィーダが用いられる。図示される例では、受け入れ部３１は、原素材２が投入されるホッパ部３４と、このホッパ部３４に投入された原素材２を粉砕しながら搬送部３２へと排出するフィーダ部３５と、を有する。フィーダ部３５には、原素材２を粉砕するスクリュ３５ａと、このスクリュ３５ａを駆動するモータ３５ｂと、が設けられている。

【0038】

また、粉体搬送手段２４の搬送方向の下流側の下方に、運ばれた粉体３を受け取る受け取り部（受取箱）３７が配置されている。

【0039】

導入手段１７は、受け部２７に連なって、搬送路４０を有する。搬送路４０は、上下方向に延びる円筒状のパイプである。搬送路４０の下端部に受け部２７が配置され、搬送路４０の上端部が処理槽５の上端部よりも上方に位置する。搬送路４０内には、原素材２を搬送する搬送体４１が配置されている。本実施の形態において、搬送体４１は、オーガスクリュである。搬送体４１は、搬送路４０に沿って配置されている。搬送体４１は、搬送路４０の下端部から上端部に亘って位置する。搬送体４１は、モータ４２により回転駆動されることで、原素材２を搬送路４０内で上方に持ち上げる。また、搬送路４０の上端部には、搬送路４０から処理槽５の上部へと原素材２を導入する導入部４３が接続されている。導入部４３は、原素材２を処理槽５の上部へと運ぶ導入用シュートである。導入部４３は、基端部である搬送路４０側から先端部である処理槽５側へと下方に向かい傾斜している。好ましくは、導入部４３の先端部は、処理槽５の頂部にて拡散体１４の上部に対向して位置する。導入手段１７は、原素材２を最初に処理槽５に導入する際の原素材導入手段の一部として兼用される。

【0040】

そして、処理槽５には、内部に供給されたガスや過熱水蒸気などを排出するための排気部４５が接続されている。排気部４５は、例えば処理槽５の上部に接続されている。排気部４５には、フィルタ４６が接続されている。フィルタ４６は、排気に含まれる粉塵の大気中への拡散を抑制するものである。フィルタ４６としては、例えばバグフィルタが用いられる。

【0041】

次に、本実施の形態の二酸化炭素固定化装置１による二酸化炭素固定化方法（粉体３の製造方法）について説明する。

【0042】

まず、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材２として処理槽５に導入する。本実施の形態では、原素材２を原素材導入手段３０の受け入れ部３１のホッパ部３４に投入すると、受け入れ部３１のフィーダ部３５において、モータ３５ｂにより駆動されたスクリュ３５ａが原素材２を粉砕しつつ搬送部３２へと搬送する。搬送部３２により搬送された原素材２は、搬送手段２３へと落下し、搬送手段２３から導入手段１７の受け部２７へと搬送される。受け部２７に搬送された原素材２は、モータ４２により回動される搬送体４１によって搬送路４０内を上昇し、導入部４３を介して処理槽５へと導入される。

【0043】

次いで、所定量の原素材２が処理槽５に導入されると、この処理槽５内の原素材２を撹拌手段１０によって処理槽５の上部に移動させて撹拌しつつ、処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスをガス供給手段６により供給し、処理槽５内の原素材２に水蒸気供給手段７から水蒸気を（間欠的に）供給しながら、処理槽５内の原素材２を乾燥手段の機能を有する持ち上げ手段１３によって乾燥させる。

【0044】

つまり、ガス供給手段６では、処理槽５の下部の位置で処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスを加圧供給する。ガス供給手段６は、ガスを常時、または、間欠的に供給する。これにより、原素材２に含まれるカルシウム分が二酸化炭素と反応し、炭酸カルシウムが生成されて、二酸化炭素が原素材２に固定化されていく。

【0045】

また、撹拌手段１０では、持ち上げ手段１３から加圧過熱水蒸気を筒状体１２の下端部から筒状体１２に常時吹き込むことで、処理槽５の下部に位置する原素材２を乾燥させつつエアリフト効果によって筒状体１２内を上昇させ、筒状体１２の上端部から処理槽５の上部へと吹き出させる。このとき、ガス供給手段６から処理槽５の下部の位置で原素材２にガスが加圧供給されていることで、原素材２が処理槽５内で揺動し、持ち上げ手段１３によるエアリフト効果による原素材２の吸い上げがより容易になる。また、持ち上げ手段１３により供給される加圧過熱水蒸気には、二酸化炭素を含むガスが混入されているので、原素材２の二酸化炭素吸着機能（ＤＡＣ（Direct Air Capture）機能）によって、二酸化炭素が原素材２のカルシウム分と反応し、炭酸カルシウムが生成されて、二酸化炭素が原素材２に固定化されていく。筒状体１２の上端部から吹き出された原素材２は、拡散体１４の下部に吹き付けられ、拡散体１４の傾斜にしたがい筒状体１２の側方へと拡散されて、処理槽５内の原素材２の上部に重なる。

【0046】

また、持ち上げ手段１３により持ち上げきれない処理槽５の最下部の原素材２は、導出口２０から導出手段１６により排出され、排出部２２の第一部分２２ａを介して搬送手段２３へと搬送される。そして、この原素材２は、搬送手段２３により導入手段１７の受け部２７へと送られ、導入手段１７のモータ４２により回動される搬送体４１によって搬送路４０内を上昇し、導入部４３を介して処理槽５へと再導入される。このとき、拡散体１４の上部に原素材２が導入されることで、拡散体１４の上部の形状にしたがい、原素材２が拡散されつつ処理槽５内の原素材２の上部に重なる。

【0047】

このように、原素材２は、撹拌手段１０によって、上下に撹拌されつつ徐々に乾燥される。

【0048】

また、水蒸気供給手段７では、処理槽５の上部の位置で処理槽５内の原素材２に水蒸気を加圧供給する。つまり、処理槽５の下部にある原素材２が処理槽５の上部に吹き上げられた状態で水蒸気供給手段７により加水される。これにより、原素材２による二酸化炭素吸着効果が上昇される。本実施の形態では、水蒸気供給手段７は、水蒸気を間欠的に供給する。

【0049】

このように、処理槽５内で原素材２に対し、撹拌（乾燥）、ガス供給、加水が繰り返されることで、原素材２が乾燥されながら、二酸化炭素の固定化が効率的に進んでいく。

【0050】

そして、二酸化炭素固定化装置１の所定時間の稼働により、原素材２に二酸化炭素が吸着された粉体３が乾燥物として処理槽５内に製造される。この粉体３には、水蒸気を導入することなく原素材２から製造した粉体と比較して、二酸化炭素の吸着率が約１０％程度向上しており、当該粉体３の二酸化炭素の吸着率は、当該粉体３の重量に対して１０ｗｔ％～２５ｗｔ％である。

【0051】

製造された粉体３は、導出口２０を介して処理槽５の下部から排出され、排出部２２の第二部分２２ｂを介して粉体搬送手段２４に運ばれ、粉体搬送手段２４により受け取り部３７へと搬送される。受け取り部３７に受け取られた粉体３を、必要に応じてフィルタ手段によりフィルタリングすることで、５ｍｍ以下、または、０．５ｍｍ以下、または、１０μｍ以下の３種の製品が得られる。そして、この粉体３は、製造過程で二酸化炭素が固定化されているだけでなく、その内部においてさらなる二酸化炭素吸着機能を備え、時間経過とともに二酸化炭素を吸着する機能、つまり緩速的な二酸化炭素吸着機能を発揮する。粉体３による二酸化炭素吸着機能は、微細粉（粒径１μｍ以上３０μｍ以下）であれば、より早く二酸化炭素を吸着でき、粒状（粒径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下）であれば、より長期に亘り緩速的に二酸化炭素を吸着できる。

【0052】

例えば、本実施の形態により製造される粉体３は、山岳トンネル及びシールドトンネルの裏込め注入剤の主材、コンクリート混練り時の混和材、アスファルト舗装フィラー材、あるいは土壌改良剤としての脱水及び硬化助材、様々な間隙充填材、中和剤等、様々なものに適用でき、使い勝手が良好であるとともに、これらの適用により二酸化炭素を固定化した固定物の利活用が可能となる。

【0053】

したがって、従来産業廃棄物として廃棄されてきて年間３００万トン以上の排出があるコンクリートスラッジを有効利用して粉体を製造できるだけでなく、二酸化炭素に起因する地球温暖化対策にも有効であるとともに、二酸化炭素を回収し有効利用するＣＣＵ（Carbon dioxide Capture and Utilization）に好適に用いることができる。

【0054】

このように、第１の実施の形態によれば、処理槽５に導入した原素材２を撹拌手段１０により処理槽５の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、ガス供給手段６により処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスを供給し、水蒸気供給手段７により処理槽５内の原素材２に水蒸気を供給しながら乾燥手段により処理槽５内の原素材２を乾燥させることで、原素材２が有する二酸化炭素吸着機能を効果的に発現させ、短時間で二酸化炭素を固定化できる。

【0055】

また、乾燥手段から供給する過熱水蒸気により原素材２を乾燥させるため、二酸化炭素を新たに発生させることなく原素材２を乾燥させることができる。

【0056】

また、撹拌手段１０は、処理槽５内に上下方向に配置された筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部を通して処理槽５内の下部の原素材２を持ち上げ手段１３により処理槽５内の上部に移動させることで原素材２を撹拌するので、簡素な構成で原素材２を効率よく撹拌できる。

【0057】

さらに、持ち上げ手段１３として、筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する乾燥手段を用いることで、処理槽５内などに配線を施すことなく、簡素な構成で原素材２を容易に持ち上げることができる。

【0058】

しかも、ガス供給手段６によるガス供給を、処理槽５の下部に行うことで、ガスの供給によって処理槽５の下部の原素材２が揺動されるので、撹拌手段１０により原素材２をより容易に持ち上げることができる。

【0059】

さらに、乾燥手段により過熱水蒸気を常時供給し、水蒸気供給手段７により水蒸気を間欠供給するので、原素材２の二酸化炭素吸着機能を効果的に発現させて、二酸化炭素をより短時間で固定化できる。

【0060】

また、撹拌手段１０は、処理槽５の下部から内部の原素材２の一部を導出手段１６により処理槽５の外部に導出し、この導出した原素材２を導入手段１７により処理槽５の上部に再導入することで、筒状体１２および持ち上げ手段１３により持ち上げきれない処理槽５内の原素材２、つまり処理槽５の最下部に溜まった原素材２を処理槽５の上部へと循環（切り返し）させて、処理槽５内の原素材２の全体の撹拌が可能になる。

【0061】

次に、第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

【0062】

この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の撹拌手段１０が、持ち上げ手段であるオーガスクリュ４７を備えるものである。オーガスクリュ４７は、筒状体１２の内部に、筒状体１２に沿って配置されている。オーガスクリュ４７は、筒状体１２の下端部から上端部に亘って位置する。オーガスクリュ４７は、モータ４８により回転駆動されることで、原素材２を筒状体１２内で上方に持ち上げる。

【0063】

また、二酸化炭素固定化装置１は、処理槽５内の原素材２を乾燥させる乾燥手段４９を備える。この乾燥手段４９は、第１の実施の形態の持ち上げ手段１３と同様に、加圧された乾燥用の気体、例えば過熱水蒸気を原素材２に吹き付けて、原素材２を乾燥させるものである。乾燥手段４９は、気体を吹き込む先端部が筒状体１２の内部に挿入されている。なお、第１の実施の形態の持ち上げ手段１３と同様に、乾燥手段４９により過熱水蒸気を筒状体１２の下端部から筒状体１２の内部に吹き込むことで、原素材２の持ち上げを補助するようにしてもよい。

【0064】

そして、コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材２として処理槽５に所定量導入し、この処理槽５内の原素材２を撹拌手段１０によって処理槽５の上部に移動させて撹拌しつつ、処理槽５内の原素材２に二酸化炭素を含むガスをガス供給手段６により供給し、処理槽５内の原素材２に水蒸気供給手段７から水蒸気を（間欠的に）供給しながら、処理槽５内の原素材２を乾燥手段４９によって乾燥させるなど、上記の第１の実施の形態と同様に処理することで、短時間で二酸化炭素を固定化できるなど、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0065】

また、撹拌手段１０の持ち上げ手段としてオーガスクリュ４７を用い、筒状体１２の下端部からこの筒状体１２の内部へとオーガスクリュ４７によって物理的に原素材２を持ち上げるので、簡素な構成で原素材２を確実に持ち上げることができる。

【0066】

なお、上記の各実施の形態において、原素材２を処理槽５に導入するための各手段は、上記に示した例に限らず、任意に構成されていてよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 二酸化炭素固定化装置
２ 原素材
５ 処理槽
６ ガス供給手段
７ 水蒸気供給手段
１０ 撹拌手段
１２ 筒状体
１３ 乾燥手段の機能を有する持ち上げ手段
１６ 導出手段
１７ 導入手段
４７ 持ち上げ手段であるオーガスクリュ
４９ 乾燥手段

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリートスラッジの固体部位が原素材として導入される処理槽と、
この処理槽に導入された前記原素材を前記処理槽の下部から上部に移動させて撹拌する撹拌手段と、
前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給するガス供給手段と、
前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記処理槽内の前記原素材を乾燥させる乾燥手段と、を備え、
前記撹拌手段は、
前記処理槽内に上下方向に配置された筒状体と、
この筒状体の下端部からこの筒状体の内部を通して前記処理槽内の下部の原素材を前記処理槽内の上部に移動させる持ち上げ手段と、を有し、
前記持ち上げ手段は、前記筒状体の下端部からこの筒状体の内部へと過熱水蒸気を加圧供給する前記乾燥手段である
ことを特徴とする二酸化炭素固定化装置。

【請求項2】

乾燥手段は、過熱水蒸気により原素材を乾燥させる
ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項3】

撹拌手段は、
処理槽の下部から内部の原素材の一部を前記処理槽の外部に導出する導出手段と、
この導出手段により導出された前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する導入手段と、を有する
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化装置。

【請求項4】

持ち上げ手段は、オーガスクリュである
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項5】

ガス供給手段は、処理槽内の下部にて原素材に二酸化炭素を含むガスを供給する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の二酸化炭素固定化装置。

【請求項6】

コンクリートスラッジを固液分離した固体部位を原素材として処理槽に導入し、
この処理槽に導入された原素材をこの処理槽の下部から上部に移動させて撹拌しつつ、前記処理槽内の前記原素材に二酸化炭素を含むガスを供給し、前記処理槽内の前記原素材に水蒸気を供給しながら、前記処理槽内にさらに過熱水蒸気を供給して、この過熱水蒸気により前記原素材を乾燥させる
ことを特徴とする二酸化炭素固定化方法。

【請求項7】

処理槽内に上下方向に配置された筒状体を用い、
原素材を乾燥させる過熱水蒸気の加圧供給により、処理槽の下部の前記原素材を、前記筒状体の下端部から前記筒状体の内部を通して前記処理槽の上部に移動させる
ことを特徴とする請求項６記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項8】

二酸化炭素を含むガスを、処理槽内の下部に供給する
ことを特徴とする請求項７記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項9】

過熱水蒸気を常時供給し、
水蒸気を間欠供給する
ことを特徴とする請求項６ないし８いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法。

【請求項10】

処理槽の下部から内部の原素材の一部を外部に導出し、
前記原素材を前記処理槽の上部に再導入する
ことを特徴とする請求項６ないし９いずれか一記載の二酸化炭素固定化方法。