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特開2024-172666CO2固定システム、およびCO2固定方法
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  • 特開-CO2固定システム、およびCO2固定方法 図1
  • 特開-CO2固定システム、およびCO2固定方法 図2
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(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】P2024172666
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】CO2固定システム、およびCO2固定方法
(51)【国際特許分類】
   B01D 53/62 20060101AFI20241205BHJP
【FI】
B01D53/62
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023090527
(22)【出願日】2023-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】323007559
【氏名又は名称】株式会社ミダック
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 清彦
(72)【発明者】
【氏名】國弘 彩
(72)【発明者】
【氏名】蓼沼 賢太郎
(72)【発明者】
【氏名】大原 健
【テーマコード(参考)】
4D002
【Fターム(参考)】
4D002AA02
4D002AA03
4D002AA09
4D002AA21
4D002AC04
4D002AC10
4D002BA02
4D002BA03
4D002BA04
4D002BA13
4D002BA20
4D002CA11
4D002DA04
4D002DA05
4D002DA06
4D002DA12
4D002DA31
4D002DA34
4D002DA41
4D002DA45
4D002DA66
4D002EA07
4D002EA08
4D002GA01
4D002GA02
4D002GB08
(57)【要約】
【課題】最終処分場に埋め立てられることに対して最適化されたCO2固定化素材を生成するための、CO2固定システムおよびCO2固定方法が要求される。
【解決手段】CO2供給装置と、燃焼系副産物供給装置と、燃焼系副産物供給装置によって供給された燃焼系副産物と、CO2供給装置によって供給されたCO2とを反応させることによって、CO2が固定された燃焼系副産物を生成する、CO2固定化装置と、を備えた、CO2固定化システムであって、CO2が固定化された燃焼系副産物の含水率が85%以下であるように調整されることを特徴とする、CO2固定化システム。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
CO2供給装置と、
燃焼系副産物供給装置と、
前記燃焼系副産物供給装置によって供給された燃焼系副産物と、前記CO2供給装置によって供給されたCO2とを反応させることによって、CO2が固定された燃焼系副産物を生成する、CO2固定化装置と、
を備えた、CO2固定化システムであって、
前記CO2が固定化された前記燃焼系副産物の含水率が85%以下であるように調整されることを特徴とする、CO2固定化システム。
【請求項2】
前記燃焼系副産物供給装置は、キレート剤とともにCO2固定化に必要な水分を、前記燃焼系副産物に付与することを特徴とする、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項3】
前記燃焼系副産物供給装置および/または前記CO2固定化装置は、
燃焼系副産物の含水率を測定するためのセンサと、
水分を供給するための水分制御手段と、
を備えた、請求項1または2のいずれかに記載のCO2固定化システム。
【請求項4】
前記燃焼系副産物は、10%以上の含水率を有する、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項5】
前記燃焼系副産物は、30~60%の含水率を有する、請求項1または4のいずれかに記載のCO2固定化システム。
【請求項6】
前記CO2供給装置は、大気中に存在するCO2濃度よりも濃縮したCO2を供給する、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項7】
前記CO2固定化システムは廃棄物焼却装置を備え、前記燃焼系副産物およびCO2は、前記廃棄物焼却装置から生成される、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項8】
前記燃焼系副産物はアルカリ土類金属を含む、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項9】
前記アルカリ土類金属はカルシウムを含む、請求項8に記載のCO2固定化システム。
【請求項10】
前記アルカリ土類金属はマグネシウムを含む、請求項8または9のいずれかに記載のCO2固定化システム。
【請求項11】
供給された燃焼系副産物を混練する混練手段をさらに備え、
前記燃焼系副産物として、燃え殻、煤塵、主灰のいずれかを含むことを特徴とする、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項12】
前記混練手段は、攪拌手段を含む反応室を備え、CO2は、燃焼系副産物を攪拌させつつ、前記反応室に供給される、請求項11に記載のCO2固定化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、CO2固定システム、特にCO2を埋め立てるためのCO2固定システムおよびCO2固定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
大気中に放出される二酸化炭素(以下、「CO2」と記す)の量が増加することにより、気温上昇や、それに伴う異常気象の発生等が起こることが知られている。この点を抑止するため、CO2の排出を抑制し、大気中のCO2を減少させる技術が要求される。特許文献1は、CO2を含む被処理気体と、バイオマス焼却灰を含む分散液とを接触させ、バイオマス焼却灰に被処理気体に含まれるCO2が吸着したCO2固定化素材を生成する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特願2020-175318公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、このように生成されたCO2固定化素材は、CO2を再利用する場合以外には、その処分が課題となる。例えば、「廃棄物の処理及び清掃に関する法律施行令」は、汚泥の埋立処分(水面埋立処分を除く。)を行う場合には、あらかじめ、焼却設備を用いて焼却し、熱分解設備を用いて熱分解を行い、又は含水率85%以下にすること、を規定している。
【0005】
ここで、特許文献1におけるCO2固定化素材は水に分散された状態であり、最終処分場に埋め立てられるには適さない。したがって、最終処分場に埋め立てられることに適したCO2固定化素材を生成するための、CO2固定システムおよびCO2固定方法が要求される。
【0006】
本開示のCO2固定化システムは、CO2供給装置と、燃焼系副産物供給装置と、燃焼系副産物供給装置によって供給された燃焼系副産物と、CO2供給装置によって供給されたCO2とを反応させることによって、CO2が固定されたCO2固定化素材を生成する、CO2固定化装置と、を備え、CO2が固定化された燃焼系副産物の含水率が85%以下であるように調整されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示によると、最終処分場に埋め立てられることに適したCO2固定化素材を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本開示に係るCO2固定化システムのフローチャートである。
図2】本開示に係るCO2固定化システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態のCO2固定化システムを説明する。本実施形態に用いる図面は、本発明の構成、各部の配置、機能、作用及び効果を説明することを目的とし、本発明の具体的な構成を限定するものではない。
【0010】
(CO2固定化システムのフローチャート)
図1は、本開示に係るCO2固定化システムのフローチャートである。図1において、CO2固定化システムは、廃棄物の焼却、主灰供給、煤塵処理、CO2分離、CO2供給、煤塵供給、CO2固定化を実行する。
【0011】
[廃棄物の焼却]
CO2固定化システムは、廃棄物に、CO2を固定化させるシステムである。廃棄物には、廃プラスチック類、ゴム、金属、ガラス、コンクリート、陶磁器、汚泥、廃油、廃酸、廃アルカリ、紙、木材、繊維、動植物性残渣、動物系固形不要物、糞尿、動物の死体、引火性廃油、腐食性廃酸、腐食性廃アルカリ、感染性産業廃棄物、特定有害廃油、特定有害汚泥、特定有害廃酸、特定有害廃アルカリ、中和処理物、凝集沈殿処理物、脱水処理物、油水分離処理物などが含まれる。
【0012】
焼却において、廃棄物は焼却され、排ガスと燃焼系副産物が生成される。一実施形態において、ストーカ炉、ロータリーキルン炉が焼却に使用される。ストーカ炉は、ごみを火格子(ストーカ)の上で乾燥・加熱し、撹拌・移動させながら燃やす焼却炉である。ロータリーキルン炉は、回転式の窯であり、廃棄物をゆっくりとした回転により攪拌、焼却する。ロータリーキルン炉の合併型焼却炉での800℃以上の焼却により、環境に配慮した焼却処理を行うことができる。廃油、廃プラスチックのような高カロリー廃棄物や、シアン化合物等の有害物はロータリーキルン炉によって900-1000℃で焼却される。
【0013】
[主灰供給・煤塵処理]
燃焼室から出た排ガスは廃熱ボイラー(不図示)によって熱回収され、冷却塔(不図示)によって水噴霧され冷却される。排ガスを200℃以下に下げることによりダイオキシンの発生は抑制される。
【0014】
煤塵処理において、排ガスに活性炭と消石灰が噴霧される。すなわち排ガスにカルシウムが付与される。活性炭はダイオキシンを吸着し、消石灰は酸性ガス(塩化水素、SOX)を中和する。煙道に設置されたレーザー式塩化水素濃度計(不図示)により、薬剤の量は制御される。焼却後の主灰および燃え殻は炉下の水中に落下し、灰出コンベアで運び出され主灰供給に進む。以下、主灰および燃え殻は「主灰」と統一して呼称する。
【0015】
また、煤塵処理において、排ガス中から煤塵が分離される。煤塵処理において、バグフィルターおよびキレート剤付与手段がさらに使用される。排ガスはバグフィルターを通過し、煤塵は排ガスから分離される。バグフィルターによって分離された煤塵は鉛などを含む粉末であり、煤塵に含まれる重金属を固定化する必要がある。そのため、煤塵は水分とキレート剤(重金属固定剤)を付与され、重金属が固定化される。その後、煤塵はCO2固定化に進む。
【0016】
本開示において、煤塵処理は2つのバグフィルターを使用し、バグフィルターはそれぞれ直径20cm、長さ6mの円筒濾布を490本有するが、これに限定されるものではない。
【0017】
主灰供給において、焼却されたボトムアッシュ(主灰)はCO2固定化に進む。主灰供給において、主灰に水分を供給するための水分制御手段、および主灰の含水率を測定するためのセンサが使用されてもよい。
【0018】
[CO2分離]
次いで、煤塵が除去された排ガスからCO2が分離される。CO2分離において、例として、化学吸収法、物理吸収法、物理吸着法、膜分離、深冷分離法などを用いてCO2は排ガスから分離される。
【0019】
化学吸収法は、吸収塔内で排ガスとアミン吸収液を接触させ、CO2をアミン吸収液に吸収する方法である。CO2を含むアミン吸収液は再生塔へ移送される。再生塔においてアミン吸収液は加熱され、CO2とアミン吸収液は分離される。その後、CO2は再生塔から回収される。
【0020】
化学吸収法は、常温・常圧のガスでも圧縮する事なく処理が可能であり、装置構造がシンプルで大量のガスが処理可能であり、再生に必要な熱は120℃程度であり、排熱が有効利用可能である。
【0021】
物理吸収法は、吸収塔でポリエチレングリコール系溶液やメタノールなどの吸収液に排ガスを通して、高圧・低温下でCO2を吸収する方法である。吸収液は再生塔で減圧または加熱され、高濃度のCO2が回収される。
【0022】
物理吸着法は、ゼオライトや活性炭などの固体の吸着材に排ガスを通して、CO2を吸収する方法である。物理吸着法は、吸着材に高圧力を付与し、吸着させたCO2を低圧下で脱着させて回収する圧力スイング吸着法(PSA)と、低温で吸着したCO2を高温で脱着させて回収する温度スイング吸着法(TSA)と、両者を併用するPTSA法がある。物理吸着法は高純度精製が可能であり、装置が比較的簡易であり、広く適用できる。
【0023】
膜分離法は、排ガスを細かい膜に通してCO2をろ過して分離する方法である。膜分離法は、高圧力の排ガスからのCO2分離においては、加減圧や加熱によるエネルギー消費がなく、最もエネルギー効率の良い回収方法である。
【0024】
深冷分離法は、気体の沸点の違いを利用し、排ガスを圧縮および低温液化し、蒸留することでCO2を取り出す方法である。深冷分離法は、高純度精製が可能である。
【0025】
[CO2供給]
CO2供給において、CO2は大気中に存在するCO2濃度よりも濃縮され、CO2固定化に進む。CO2供給において、圧縮手段、格納手段、CO2供給手段が使用される。
【0026】
圧縮手段は、CO2コンプレッサである。CO2コンプレッサは、CO2の高い圧力に対応するために、高強度スチール、ステンレス鋼等で構成される。格納手段はガスボンベであり得る。
【0027】
[煤塵供給]
煤塵供給において、煤塵分離によって分離されたフライアッシュ(煤塵)はCO2固定化に進む。煤塵供給において、煤塵に水分を供給するための水分制御手段、および煤塵の含水率を測定するためのセンサが使用されてもよい。CO2固定化のために供給される煤塵の含水率は少なくとも10%以上、好ましくは30~60%である。なお図2において、主灰供給と煤塵供給を行う装置を燃焼系副産物供給装置と呼称する。
【0028】
[CO2固定化]
一実施形態において、主灰供給によって供給された主灰と、煤塵供給によって供給された煤塵と、CO2供給によって供給されたCO2と、が供給され、CO2固定化が行われる。CO2固定化において、混練手段を使用してもよい。混練手段は、主灰、煤塵、CO2を混練し、CO2が固定された燃焼系副産物(CO2固定化素材)を生成する。また、CO2固定化は、主灰および/または煤塵に対し、CO2を透過させ、行ってもよい。CO2は、燃焼系副産物に含まれるカルシウム(Ca)および/またはマグネシウム(Mg)などのアルカリ土類金属と結合し固定される。好ましくは、燃焼系副産物は、Caおよび/またはMgを含む。さらに、CO2固定化は、主灰および煤塵以外の廃棄物に対して行ってもよい。その場合、当該CO2を固定化する廃棄物は、アルカリ土類金属を含んでもよい。
【0029】
本実施形態では、CO2固定化において、ボトムアッシュ(主灰)およびフライアッシュ(煤塵)の両方が供給されるが、いずれか一方のみが供給されてもよい。CO2固定化において、主灰および煤塵のいずれか一方のみに対してCO2が固定されてもよい。
【0030】
CO2固定化において、水分制御手段および含水率センサが使用される。含水率センサは、煤塵および主灰の含水率が10%以上、好ましくは30-60%であるように水分制御手段を制御してもよい。上述のように、水分制御手段および含水率センサは、主灰供給と煤塵供給の両方またはいずれかにおいて使用されてもよい。
【0031】
(CO2固定化システム)
図2は、CO2固定化システム1の概略図である。CO2固定化システム1は、廃棄物焼却装置3、煤塵処理装置5、CO2分離装置7、CO2供給装置9、燃焼系副産物供給装置11、CO2固定化装置13を備える。
【0032】
廃棄物焼却装置3によって焼却された廃棄物は主灰と排ガスに分離される。排ガスは煤塵処理装置5によって排ガス中の煤塵を分離する。分離された煤塵はキレート剤を付与され、キレート剤の水分は、主灰および煤塵にCO2の吸収に必要な含水率を付与するが、追加的に水分が加えられてもよい。煤塵処理装置5によって排ガスから煤塵が分離される。
【0033】
CO2分離装置7によって排ガスからさらにCO2が分離される。主灰および煤塵は燃焼系副産物供給装置11に供給される。CO2はCO2供給装置9を介してCO2固定化装置に供給される。キレート剤およびキレート処理前後に付与される吸着に適した水分が付与された主灰および煤塵、ならびに濃縮されたCO2は、CO2固定化装置13に供給される。CO2は任意の圧力であってもよいが、CO2供給装置において圧縮されることが好ましい。
【0034】
CO2固定化装置13は、CO2固定化後の燃焼系副産物の含水率が85%以下となるように含水率を制御する。代替的に、燃焼系副産物供給装置11は燃焼系副産物の含水率が85%以下、10%以上、好ましくは30-60%となるように含水率を制御してもよい。このように含水率を検知しながらCO2を固定することで、最終処分場への埋め立てに適した燃焼系副産物を生成することが可能となる。
【0035】
本開示のようなCO2固定化システムは、既存の廃棄物焼却設備において使用可能であり、大規模な追加の設備を必要としない。また廃棄物焼却設備から排出される二酸化炭素を固定化する場合、二酸化炭素の空気中への放出を効率的に減少させ得る。
【符号の説明】
【0036】
1 CO2固定化システム
3 廃棄物焼却装置
5 煤塵処理装置
7 CO2分離装置
9 CO2供給装置
11 燃焼系副産物供給装置
13 CO2固定化装置
図1
図2
【手続補正書】
【提出日】2024-08-27
【手続補正1】
【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】
CO2供給装置と、
燃焼系副産物供給装置と、
前記燃焼系副産物供給装置によって供給された燃焼系副産物と、前記CO2供給装置によって供給されたCO2とを反応させることによって、CO2が固定された燃焼系副産物を生成する、CO2固定化装置と、
を備え
前記燃焼系副産物供給装置および/または前記CO 2 固定化装置は、
燃焼系副産物の含水率を測定するためのセンサと、
水分を供給するための水分制御手段と、
を備えた、CO2固定化システムであって、
前記燃焼系副産物は、30~60%の含水率を有し、
前記CO2が固定化された前記燃焼系副産物の含水率が85%以下であるように調整されることを特徴とする、CO2固定化システム。
【請求項2】
前記燃焼系副産物供給装置は、キレート剤とともにCO2固定化に必要な水分を、前記燃焼系副産物に付与することを特徴とする、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項3】
前記CO2供給装置は、大気中に存在するCO2濃度よりも濃縮したCO2を供給する、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項4】
前記CO2固定化システムは廃棄物焼却装置を備え、前記燃焼系副産物およびCO2は、前記廃棄物焼却装置から生成される、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項5】
前記燃焼系副産物はアルカリ土類金属を含む、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項6】
前記アルカリ土類金属はカルシウムを含む、請求項に記載のCO2固定化システム。
【請求項7】
前記アルカリ土類金属はマグネシウムを含む、請求項またはのいずれかに記載のCO2固定化システム。
【請求項8】
供給された燃焼系副産物を混練する混練手段をさらに備え、
前記燃焼系副産物として、燃え殻、煤塵、主灰のいずれかを含むことを特徴とする、請求項1に記載のCO2固定化システム。
【請求項9】
前記混練手段は、攪拌手段を含む反応室を備え、CO2は、燃焼系副産物を攪拌させつつ、前記反応室に供給される、請求項に記載のCO2固定化システム。