特許 7075152 二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-17

(45)【発行日】2022-05-25

(54)【発明の名称】二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/92 20060101AFI20220518BHJP

   C02F 1/42 20060101ALI20220518BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20220518BHJP

   C01F 11/18 20060101ALI20220518BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20220518BHJP

【ＦＩ】

B01D53/92 240

B01D53/92 331

C02F1/42 E ZAB

B01D53/14 200

C01F11/18 B

C01B32/50

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021152352

(22)【出願日】2021-09-17

【審査請求日】2021-09-17

(31)【優先権主張番号】P 2021141061

(32)【優先日】2021-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504103216

【氏名又は名称】日本船舶表示株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100178847

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 映美

(72)【発明者】

【氏名】遠山 元樹

【審査官】塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１１－５０４８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６９０６１１１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１９－２１７４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５１２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１４４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４３７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１３９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２７００４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０００１２２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／１４－５３／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４－５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２、５３／９６

Ｃ０２Ｆ １／４２

Ｃ０１Ｆ １１／１８

Ｃ０１Ｂ ３２／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液中に捕捉する捕捉容器と、
二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第一の加圧容器と、
前記吸収液にアルカリを注入する第一の注入ポンプと、
前記吸収液に塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプと、
前記捕捉容器の出口から前記吸収液を排出し、前記吸収液を前記捕捉容器の入り口に戻す循環経路と、
前記循環経路の一部を迂回して、前記第一の加圧容器を経由させる迂回経路と、
前記第一の加圧容器から取り出された前記吸収液の廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機と、を備える、二酸化炭素の固定装置。

【請求項2】

二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第二の加圧容器と、
前記第二の加圧容器から取り出された前記吸収液の廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機を備え、
前記第二の加圧容器が前記循環経路に設けられている、請求項１に記載の二酸化炭素の固定装置。

【請求項3】

前記第一の加圧容器と前記固液分離機との間に、前記第一の加圧容器及び前記固液分離機に接続する沈殿容器を備え、
前記沈殿容器において、前記第一の加圧容器から取り出された前記吸収液に塩化カルシウムを注入し、前記固液分離機が、前記吸収液の廃液から炭酸カルシウムを分離回収する、請求項１又は２に記載の二酸化炭素の固定装置。

【請求項4】

第一の加圧容器が、前記吸収液中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第一のイオン交換膜を備える、請求項３に記載の二酸化炭素の固定装置。

【請求項5】

湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液中に捕捉する捕捉容器と、
二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第一の加圧容器と、
前記吸収液にアルカリを注入する第一の注入ポンプと、
前記吸収液に塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプと、
前記捕捉容器の出口から前記吸収液を排出し、前記吸収液を前記捕捉容器の入り口に戻す循環経路と、
前記循環経路の一部を迂回して、前記第一の加圧容器を経由させる迂回経路と、を備える、二酸化炭素の固定装置を用いて、
前記第一の加圧容器から前記吸収液の廃液を取り出し、炭酸カルシウムを分離回収する、二酸化炭素の固定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

二酸化炭素の固定技術は、大気や排気ガスに含まれる二酸化炭素を固定する技術の総称である。湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液中に捕捉し、炭酸塩として固定する技術が広く知られている。

【0003】

既存の二酸化炭素の固定技術としては、硫黄酸化物はその存在が、二酸化炭素捕獲を阻害する為、低硫黄燃料を使用し、例えば、特許文献１に開示されているように、排ガス中の酸化硫黄物濃度を充分下げてから、アルカノールアミン等の吸収液を用いた湿式スクラバにより、二酸化炭素を捕獲し、隔離する技術が主に検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１１－５０４８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

海洋船舶からの二酸化炭素の排出削減が要請されている。しかしながら、船舶上において、主エンジン又は補助エンジンの排気ガスからの二酸化炭素を固定し、回収する技術は船舶への搭載コストが膨大になることから実用化に至っていない。

【0006】

そこで、二酸化炭素を効率よく回収することができ、かつ、小さくすることができる二酸化炭素の固定装置、及び二酸化炭素の固定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】

【0007】

本発明は、以下の態様を含む。
［１］ 湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液中に捕捉する捕捉容器と、
二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第一の加圧容器と、
前記吸収液にアルカリを注入する第一の注入ポンプと、
前記吸収液に塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプと、
前記捕捉容器の出口から前記吸収液を排出し、前記吸収液を前記捕捉容器の入り口に戻す循環経路と、
前記循環経路の一部を迂回して、前記第一の加圧容器を経由させる迂回経路と、
前記第一の加圧容器から取り出された前記吸収液の廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機と、を備える、二酸化炭素の固定装置。

【0008】

［２］ 二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第二の加圧容器と、
前記第二の加圧容器から取り出された前記吸収液の廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機を備え、
前記第二の加圧容器が前記循環経路に設けられている、［１］に記載の二酸化炭素の固定装置。
［３］ 前記第一の加圧容器と前記固液分離機との間に、前記第一の加圧容器及び前記固液分離機に接続する沈殿容器を備え、
前記沈殿容器において、前記第一の加圧容器から取り出された前記吸収液に塩化カルシウムを注入し、前記固液分離機が、前記吸収液の廃液から炭酸カルシウムを分離回収する、［１］又は［２］に記載の二酸化炭素の固定装置。
［４］ 第一の加圧容器が、前記吸収液中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第一のイオン交換膜を備える、［３］に記載の二酸化炭素の固定装置。

【0009】

［５］ 湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液中に捕捉する捕捉容器と、
二酸化炭素が捕捉された前記吸収液を断続的に加圧する第一の加圧容器と、
前記吸収液にアルカリを注入する第一の注入ポンプと、
前記吸収液に塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプと、
前記捕捉容器の出口から前記吸収液を排出し、前記吸収液を前記捕捉容器の入り口に戻す循環経路と、
前記循環経路の一部を迂回して、前記第一の加圧容器を経由させる迂回経路と、を備える、二酸化炭素の固定装置を用いて、
前記第一の加圧容器から前記吸収液の廃液を取り出し、炭酸カルシウムを分離回収する、二酸化炭素の固定方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、二酸化炭素を効率よく回収することができ、かつ、小さくすることができる二酸化炭素の固定装置、及び二酸化炭素の固定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１実施形態の二酸化炭素の固定装置１を模式的に示す概略図である。

【図2】図２は、第２実施形態の二酸化炭素の固定装置２を模式的に示す概略図である。

【図3】図３は、第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３を模式的に示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜＜二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法＞＞
以下、本発明を適用した実施形態である二酸化炭素の固定装置、及び、それを用いる二酸化炭素の固定方法について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。

【0013】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の二酸化炭素の固定装置１を模式的に示す概略図である。
第１実施形態の二酸化炭素の固定装置１は、湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液Ｓ中に捕捉する捕捉容器１０と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第一の加圧容器１１と、吸収液Ｓにアルカリを注入する第一の注入ポンプ１３と、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプ１４と、捕捉容器１０の出口から吸収液Ｓを排出し、吸収液Ｓを捕捉容器１０の入り口に戻す循環経路１５１～１５４と、循環経路１５１～１５４の一部を迂回して、第一の加圧容器１１を経由させる迂回経路１６１～１６２と、第一の加圧容器１１から取り出された吸収液Ｓの廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機１７と、を備える。

【0014】

第１実施形態の二酸化炭素の固定装置１は、捕捉容器１０の手前の循環経路１５４に、処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１が設けられている。処理ガス導入管２０から捕捉容器１０に処理ガスを導入する。捕捉容器１０の直後の循環経路１５１に第一の注入ポンプ１３が設けられており、吸収液Ｓにアルカリを注入する。

【0015】

処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよい。第一の注入ポンプ１３の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよく、捕捉容器１０に設置してもよく、第一の加圧容器に設置してもよい。処理ガス導入管２０から導入される処理ガスは、二酸化炭素を吸収処理する目的のガスであれば限定されない。

【0016】

本明細書において、アルカリとは、ナトリウムを含む薬剤を云い、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液等が挙げられる。処理ガス導入管２０から導入される処理ガスは、船舶の主エンジン又は補助エンジンの排気ガスであってよく、脱硫後の排気ガスであってよい。吸収液Ｓにアルカリを注入することにより、吸収液Ｓの単位体積当たりの二酸化炭素の吸収効率を高める。

【0017】

初めに、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２は閉じられる。吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５４の太線の経路を循環する。捕捉容器１０の中のアルカリが注入された吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0018】

次に、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２が開けられる。二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５４を循環するとともに、捕捉容器１０、循環経路１５１、迂回経路１６１、第一の加圧容器１１、迂回経路１６２、及び、循環経路１５４を、この順に経由して循環する。第一の加圧容器１１を、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓで満たす。

【0019】

バルブ４１及びバルブ４２を閉じる。第一の加圧容器１１に、バルブ４５を介して第二の注入ポンプ１４が設けられている。第一の加圧容器１１と加圧ポンプ２６との間にバルブ４７が設けられ、加圧ポンプ２６と循環経路１５４との間にバルブ５０が設けられている。バルブ４５を開いて、第二の注入ポンプ１４により吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する。バルブ４７及びバルブ５０を開き、循環経路１５４側の吸収液Ｓを第一の加圧容器１１側に送液して、第一の加圧容器１１の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧する。吸収液Ｓを加圧することで、吸収液Ｓ中の二酸化炭素の分圧が高まり、吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応を促進させる。

【0020】

吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素が炭酸カルシウムとして沈殿する。第一の加圧容器１１には、バルブ４６、バルブ５３、及び、送液ポンプ２７を介して、固液分離機１７が設けられている。第一の加圧容器１１から吸収液Ｓの一部を廃液として取り出し、固液分離機１７により、炭酸カルシウムを分離回収する。
固液分離機１７として、遠心分離機、デカンタ、濾過機等のバッチ処理方式のものを用いることができ、ベルトフィルタ等の連続処理方式のものを用いることもできる。

【0021】

第一の加圧容器１１内の残液にさらに炭酸ナトリウムを添加し、減圧して溶存ガスを脱気してもよい。第一の加圧容器１１の加圧に用いた加圧ポンプ２６を逆向きに用いることで、第一の加圧容器１１の内圧を２００ｈＰａ程に減圧することができる。

【0022】

バルブ４１及びバルブ４２が閉じられて、密閉された第一の加圧容器１１の中で、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧、及び／又は、減圧している間も、吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５４の太線の経路を循環する。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応は少なくとも数分要するので、吸収液Ｓの加圧押込みは、１０分以上継続することが好ましい。この間も、上記と同じく、捕捉容器１０の中の吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0023】

第１実施形態の固定装置１を用いる二酸化炭素の固定方法は、上記の操作を繰り返して、吸収液Ｓを、捕捉容器１０及び循環経路１５１～１５４の回路で循環させながら、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する操作と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧して、炭酸カルシウムとして沈殿させ、炭酸カルシウムを分離回収する操作と、を同時に、効率よく実行できる。すなわち、第１実施形態の固定装置１を用いる二酸化炭素の固定方法は二酸化炭素の固定を効率よく実行できる。第一の加圧容器１１の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧するので、固定装置１を小さくすることができる。

【0024】

第一の加圧容器１１を減圧する操作を加えることで、第１実施形態の固定装置１を用いる二酸化炭素の固定方法は、二酸化炭素の固定をより効率よく実行できる。

【0025】

第１実施形態の固定装置１の第一の加圧容器１１には、バルブ５２を介して第一の脱気ライン２４が設けられており、必要に応じて第一の加圧容器１１から脱気して、第一の加圧容器１１の圧力を減じることができる。

【0026】

第１実施形態の固定装置１の第一の加圧容器１１には、さらに、バルブ５１及び送液ポンプ２８を介して、遠心分離機２２及び汚泥容器２３が設けられており、必要に応じて吸収液Ｓからの、処理ガス中の油分や固形物質等の汚泥を除いて、汚泥を汚泥容器２３に回収することができる。

【0027】

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態の二酸化炭素の固定装置２を模式的に示す概略図である。なお、図５以降の図において、既に説明済みの図に示すものと同じ構成要素には、その説明済みの図の場合と同じ符号を付し、その詳細な説明を省略することがある。

【0028】

第２実施形態の二酸化炭素の固定装置２は、湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液Ｓ中に捕捉する捕捉容器１０と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第一の加圧容器１１と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第二の加圧容器１２と、吸収液Ｓにアルカリを注入する第一の注入ポンプ１３と、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプ１４と、捕捉容器１０の出口から吸収液Ｓを排出し、吸収液Ｓを捕捉容器１０の入り口に戻す循環経路１５１～１５４と、循環経路１５１～１５４の一部を迂回して、第一の加圧容器１１を経由させる迂回経路１６１～１６２と、第一の加圧容器１１及び第二の加圧容器１２から取り出された吸収液Ｓの廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機１７と、を備え、第二の加圧容器１２が循環経路１５２及び循環経路１５３の間に設けられている。

【0029】

第２実施形態の二酸化炭素の固定装置２は、捕捉容器１０の手前の循環経路１５４に、処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１が設けられている。処理ガス導入管２０から捕捉容器１０に処理ガスを導入する。捕捉容器１０の直後の循環経路１５１に第一の注入ポンプ１３が設けられており、吸収液Ｓにアルカリを注入する。

【0030】

処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよい。第一の注入ポンプ１３の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよく、捕捉容器１０に設置してもよく、第一の加圧容器及び第二の加圧容器に設置してもよい。

【0031】

初めに、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２は閉じられ、第二の加圧容器の前後に設けられたバルブ４３及びバルブ４４が開けられる。吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の太線の経路を、この順に経由して循環する。捕捉容器１０の中のアルカリが注入された吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0032】

次に、第二の加圧容器の前後に設けられたバルブ４３及びバルブ４４は閉じられ、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２が開けられる。第二の加圧容器１２に、バルブ４８を介して第二の注入ポンプ１４が設けられている。第一の加圧容器１１と加圧ポンプ２６との間にバルブ４７が設けられ、加圧ポンプ２６と第二の加圧容器１２との間にバルブ５０が設けられている。バルブ４５を開いて、第二の注入ポンプ１４により、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する。バルブ４７及びバルブ５０を開き、第一の加圧容器１１側の吸収液Ｓを第二の加圧容器１２側に送液して、第二の加圧容器１２の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧する。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応は少なくとも数分要するので、吸収液Ｓの加圧押込みは、１０分以上継続することが好ましい。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素が炭酸カルシウムとして沈殿する。第二の加圧容器１２には、バルブ４９、バルブ５３、及び、送液ポンプ２７を介して、固液分離機１７が設けられている。第二の加圧容器１２から吸収液Ｓの一部を廃液として取り出し、固液分離機１７により、炭酸カルシウムを分離回収する。

【0033】

さらに、第二の加圧容器１２内の残液にさらに炭酸ナトリウムを添加し、減圧して溶存ガスを脱気してもよい。第二の加圧容器１２の加圧に用いた加圧ポンプ２６を逆向きに用いることで、第二の加圧容器１２の内圧を２００ｈＰａ程に減圧することができる。

【0034】

バルブ４３及びバルブ４４が閉じられて、密閉された第二の加圧容器１２の中で、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧、及び／又は、減圧している間も、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１、迂回経路１６１、第一の加圧容器１１、迂回経路１６２、及び、循環経路１５４を、この順に経由して循環する。捕捉容器１０の中のアルカリが注入された吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉するとともに、第一の加圧容器１１を、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓで満たす。

【0035】

バルブ４１及びバルブ４２は閉じられ、バルブ４３及びバルブ４４が開けられる。第一の加圧容器１１に、バルブ４５を介して第二の注入ポンプ１４が設けられている。バルブ４５を開いて、第二の注入ポンプ１４により、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する。バルブ４７及びバルブ５０を開き、第二の加圧容器１２側の吸収液Ｓを第一の加圧容器１１側に送液して、第一の加圧容器１１の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧する。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応は少なくとも数分要するので、吸収液Ｓの加圧押込みは、１０分以上継続することが好ましい。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素が炭酸カルシウムとして沈殿する。第一の加圧容器１１には、バルブ４６、バルブ５３、及び、送液ポンプ２７を介して、固液分離機１７が設けられている。第一の加圧容器１１から吸収液Ｓの一部を廃液として取り出し、固液分離機１７により、炭酸カルシウムを分離回収する。

【0036】

第一の加圧容器１１内の残液にさらに炭酸ナトリウムを添加し、減圧して溶存ガスを脱気してもよい。第一の加圧容器１１の加圧に用いた加圧ポンプ２６を逆向きに用いることで、第一の加圧容器１１の内圧を２００ｈＰａ程に減圧することができる。

【0037】

バルブ４１及びバルブ４２が閉じられて、密閉された第一の加圧容器１１の中で、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧、及び／又は、減圧している間も、吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の太線の経路を、この順に経由して循環する。この間も、上記と同じく、捕捉容器１０の中の吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0038】

第２実施形態の固定装置２を用いる二酸化炭素の固定方法は、上記の操作を繰り返して、吸収液Ｓを、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の回路、又は、捕捉容器１０、循環経路１５１、迂回経路１６１、第一の加圧容器１１、迂回経路１６２、及び、循環経路１５４の回路で、交互に、循環させながら、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する操作と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧して、炭酸カルシウムとして沈殿させ、炭酸カルシウムを分離回収する操作と、を同時に、効率よく実行できる。すなわち、第２実施形態の固定装置２を用いる二酸化炭素の固定方法は二酸化炭素の固定を効率よく実行できる。

【0039】

第一の加圧容器１１及び第二の加圧容器１２の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧するので、固定装置２を小さくすることができる。第一の加圧容器１１及び／又は第二の加圧容器１２を減圧する操作を加えることで、第２実施形態の固定装置２を用いる二酸化炭素の固定方法は、二酸化炭素の固定をより効率よく実行できる。

【0040】

第２実施形態の固定装置２の第一の加圧容器１１には、バルブ５２を介して第一の脱気ライン２４が設けられており、必要に応じて第一の加圧容器１１から脱気して、第一の加圧容器１１の圧力を減じることができる。第二の加圧容器１２には、バルブ５４を介して第二の脱気ライン２５が設けられており、必要に応じて第二の加圧容器１２から脱気して、第二の加圧容器１２の圧力を減じることができる。

【0041】

第２実施形態の固定装置２の第一の加圧容器１１には、さらに、バルブ５５、バルブ５１及び送液ポンプ２８を介して、遠心分離機２２及び汚泥容器２３が設けられており、必要に応じて第一の加圧容器１１の吸収液Ｓから汚泥を除いて、汚泥を汚泥容器２３に回収することができる。

【0042】

第２実施形態の固定装置２の第二の加圧容器１２には、さらに、バルブ５６、バルブ５１及び送液ポンプ２８を介して、遠心分離機２２及び汚泥容器２３が設けられており、必要に応じて第二の加圧容器１２の吸収液Ｓから汚泥を除いて、汚泥を汚泥容器２３に回収することができる。

【0043】

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３を模式的に示す概略図である。
第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液Ｓ中に捕捉する捕捉容器１０と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第一の加圧容器１１と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第二の加圧容器１２と、吸収液Ｓにアルカリを注入する第一の注入ポンプ１３と、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプ１４と、捕捉容器１０の出口から吸収液Ｓを排出し、吸収液Ｓを捕捉容器１０の入り口に戻す循環経路１５１～１５４と、循環経路１５１～１５４の一部を迂回して、第一の加圧容器１１を経由させる迂回経路１６１～１６２と、第一の加圧容器１１及び第二の加圧容器１２から取り出された吸収液Ｓの廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機１７と、第一の加圧容器１１と固液分離機１７との間に、第一の加圧容器１１及び固液分離機１７に接続する沈殿容器１８と、を備え、第二の加圧容器１２が循環経路１５２及び循環経路１５３の間に設けられている。第一の加圧容器１１が、吸収液Ｓ中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第一のイオン交換膜３１を備え、第二の加圧容器１２が、吸収液Ｓ中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第二のイオン交換膜３２を備える。

【0044】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、捕捉容器１０の手前の循環経路１５４に、処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１が設けられている。処理ガス導入管２０から捕捉容器１０に処理ガスを導入する。捕捉容器１０の直後の循環経路１５１に第一の注入ポンプ１３が設けられており、吸収液Ｓにアルカリを注入する。

【0045】

処理ガス導入管２０及び循環ポンプ２１の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよい。第一の注入ポンプ１３の設置位置は、ここに限られず、循環経路１５１～１５４のどこに設置してもよく、捕捉容器１０に設置してもよく、第一の加圧容器及び第二の加圧容器に設置してもよく、沈殿容器１８に設置してもよい。

【0046】

初めに、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２は閉じられ、第二の加圧容器の前後に設けられたバルブ４３及びバルブ４４が開けられる。吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の太線の経路を、この順に経由して循環する。捕捉容器１０の中のアルカリが注入された吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0047】

次に、第二の加圧容器の前後に設けられたバルブ４３及びバルブ４４は閉じられ、第一の加圧容器の前後に設けられたバルブ４１及びバルブ４２が開けられる。第二の加圧容器１２に、バルブ４９及び沈殿容器１８を介して第二の注入ポンプ１４が設けられている。第一の加圧容器１１と加圧ポンプ２６との間にバルブ４７が設けられ、加圧ポンプ２６と第二の加圧容器１２との間にバルブ５０が設けられている。バルブ４７及びバルブ５０を開き、第一の加圧容器１１側の吸収液Ｓを第二の加圧容器１２側に送液して、第二の加圧容器１２の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧する。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応は少なくとも数分要するので、吸収液Ｓの加圧押込みは、１０分以上継続することが好ましい。

【0048】

第二の加圧容器１２には、第二のイオン交換膜３２、バルブ４９、沈殿容器１８、バルブ５３、及び、送液ポンプ２７を介して、固液分離機１７が設けられている。吸収液Ｓ中の一価のナトリウムイオン及び一価の重炭酸イオンを、第二のイオン交換膜３２にて分離し、沈殿容器１８において、第二の加圧容器１２からバルブ４９を介して取り出された吸収液Ｓの廃液に、第二の注入ポンプ１４により重炭酸イオン濃度に応じて塩化カルシウムを注入し、炭酸カルシウムを析出させる。吸収液Ｓが第二のイオン交換膜３２を通過する際は、沈殿容器１８の出口側のバルブ５３を閉じ、循環ポンプ２１にて吸収液Ｓの廃液を沈殿容器１８に押し込む。バルブ５３を開け、固液分離機１７が、吸収液Ｓの廃液から炭酸カルシウムを分離回収する。

【0049】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第二の加圧容器１２の重炭酸イオン濃度を検知するセンサー（不図示）を有しており、重炭酸イオンの飽和濃度値付近になった時点で第二の加圧容器１２内の吸収液Ｓを第二のイオン交換膜３２により断続的に分離することができる。

【0050】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第二の加圧容器１２が、吸収液Ｓ中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第二のイオン交換膜３２を備えるので、第二の加圧容器１２から取り出された吸収液により沈殿容器１８で沈殿させて得られる炭酸カルシウムの純度を高めることができる。

【0051】

その後、沈殿容器１８内の残液にさらに炭酸ナトリウムを添加し、減圧して溶存ガスを脱気してもよい。第二の加圧容器１２の加圧に用いた加圧ポンプ２６を逆向きに用いることで、第二の加圧容器１２及び沈殿容器１８の内圧を２００ｈＰａ程に減圧することができる。

【0052】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第二の注入ポンプ１４が沈殿容器１８に設けられており、前記沈殿容器において、第二の加圧容器１２から取り出された前記吸収液に塩化カルシウムを注入するので、第二の加圧容器１２に炭酸カルシウムが析出する量を抑えることができ、炭酸カルシウムを沈殿容器１８で沈殿させ、固液分離機１７で炭酸カルシウムを効率よく回収できる。

【0053】

バルブ４３及びバルブ４４が閉じられて、密閉された第二の加圧容器１２の中で、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧、及び／又は、減圧している間も、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１、迂回経路１６１、第一の加圧容器１１、迂回経路１６２、及び、循環経路１５４を、この順に経由して循環する。捕捉容器１０の中のアルカリが注入された吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉するとともに、第一の加圧容器１１を、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓで満たす。

【0054】

バルブ４１及びバルブ４２は閉じられ、バルブ４３及びバルブ４４が開けられる。第一の加圧容器１１に、バルブ４６及び沈殿容器１８を介して第二の注入ポンプ１４が設けられている。バルブ４７及びバルブ５０を開き、第二の加圧容器１２側の吸収液Ｓを第一の加圧容器１１側に送液して、第一の加圧容器１１の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧する。吸収液Ｓに捕捉された二酸化炭素の溶存ガスが炭酸イオンに変換する反応は少なくとも数分要するので、吸収液Ｓの加圧押込みは、１０分以上継続することが好ましい。第一の加圧容器１１には、第一のイオン交換膜３１、バルブ４６、沈殿容器１８、バルブ５３、及び、送液ポンプ２７を介して、固液分離機１７が設けられている。吸収液Ｓ中の一価のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを、第一のイオン交換膜３１にて分離し、沈殿容器１８において、第一の加圧容器１１からバルブ４６を介して取り出された吸収液Ｓの廃液に、第二の注入ポンプ１４により、重炭酸イオン濃度に応じて塩化カルシウムを注入し、炭酸カルシウムを析出させる。吸収液Ｓが第一のイオン交換膜３１を通過する際は、沈殿容器１８の出口側のバルブ５３を閉じ、循環ポンプ２１にて吸収液Ｓの廃液を沈殿容器１８に押し込む。バルブ５３を開け、固液分離機１７が、吸収液Ｓの廃液から炭酸カルシウムを分離回収する。

【0055】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第一の加圧容器１１の重炭酸イオン濃度を検知するセンサー（不図示）を有しており、重炭酸イオンの飽和濃度値付近になった時点で第一の加圧容器１１内の吸収液Ｓを第一のイオン交換膜３１により断続的に分離することができる。

【0056】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第一の加圧容器１１が、吸収液Ｓ中のナトリウムイオン及び重炭酸イオンを分離する第一のイオン交換膜３１を備えるので、第一の加圧容器１１から取り出された吸収液により沈殿容器１８で沈殿させて得られる炭酸カルシウムの純度を高めることができる。

【0057】

その後、沈殿容器１８内の残液にさらに炭酸ナトリウムを添加し、減圧して溶存ガスを脱気してもよい。第一の加圧容器１１の加圧に用いた加圧ポンプ２６を逆向きに用いることで、第一の加圧容器１１及び沈殿容器１８の内圧を２００ｈＰａ程に減圧することができる。

【0058】

第３実施形態の二酸化炭素の固定装置３は、第二の注入ポンプ１４が沈殿容器１８に設けられており、前記沈殿容器において、第一の加圧容器１１から取り出された前記吸収液に塩化カルシウムを注入するので、第一の加圧容器１１に炭酸カルシウムが析出する量を抑えることができ、炭酸カルシウムを沈殿容器１８で沈殿させ、固液分離機１７で炭酸カルシウムを効率よく回収できる。

【0059】

バルブ４１及びバルブ４２が閉じられて、密閉された第一の加圧容器１１の中で、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧、及び／又は、減圧している間も、吸収液Ｓは、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の太線の経路を、この順に経由して循環する。この間も、上記と同じく、捕捉容器１０の中の吸収液Ｓに処理ガスをバブリングし、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する。

【0060】

第３実施形態の固定装置３を用いる二酸化炭素の固定方法は、上記の操作を繰り返して、吸収液Ｓを、捕捉容器１０、循環経路１５１～１５２、第二の加圧容器１２、及び、循環経路１５３～１５４の回路、又は、捕捉容器１０、循環経路１５１、迂回経路１６１、第一の加圧容器１１、迂回経路１６２、及び、循環経路１５４の回路で、交互に、循環させながら、湿式の物理吸収により、処理ガス中の二酸化炭素を、吸収液Ｓに捕捉する操作と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを加圧して、炭酸カルシウムとして沈殿させ、炭酸カルシウムを分離回収する操作と、を同時に、効率よく実行できる。すなわち、第３実施形態の固定装置３を用いる二酸化炭素の固定方法は二酸化炭素の固定を効率よく実行できる。

【0061】

第一の加圧容器１１及び第二の加圧容器１２の中で二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧するので、固定装置を小さくすることができる。第一の加圧容器１１及び／又は第二の加圧容器１２を減圧する操作を加えることで、第３実施形態の固定装置３を用いる二酸化炭素の固定方法は、二酸化炭素の固定をより効率よく実行できる。

【0062】

第３実施形態の固定装置３の第一の加圧容器１１には、バルブ５２を介して第一の脱気ライン２４が設けられており、必要に応じて第一の加圧容器１１から脱気して、第一の加圧容器１１の圧力を減じることができる。第二の加圧容器１２には、バルブ５４を介して第二の脱気ライン２５が設けられており、必要に応じて第二の加圧容器１２から脱気して、第二の加圧容器１２の圧力を減じることができる。

【0063】

第３実施形態の固定装置３の第一の加圧容器１１には、さらに、バルブ５５、バルブ５１及び送液ポンプ２８を介して、遠心分離機２２及び汚泥容器２３が設けられており、必要に応じて第一の加圧容器１１の吸収液Ｓから汚泥を除いて、汚泥を汚泥容器２３に回収することができる。

【0064】

第３実施形態の固定装置３の第二の加圧容器１２には、さらに、バルブ５６、バルブ５１及び送液ポンプ２８を介して、遠心分離機２２及び汚泥容器２３が設けられており、必要に応じて第二の加圧容器１２の吸収液Ｓから汚泥を除いて、汚泥を汚泥容器２３に回収することができる。

【0065】

本発明の二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法は、第１実施形態～第３実施形態の固定装置で表されるような、１個又は２個の加圧容器を備えるものに限定されず、３個以上の加圧容器を備えることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明によれば、二酸化炭素を効率よく回収することができ、かつ、小さくすることができる二酸化炭素の固定装置、及び二酸化炭素の固定方法を提供することができるので、船舶に好適に設置して、船舶からの二酸化炭素を固定し回収する装置としての利用可能性がある。二酸化炭素の固定装置を船舶に設置することができれば、船舶からの二酸化炭素の排出削減に寄与できる。

【符号の説明】

【0067】

１…固定装置
２…固定装置
３…固定装置
１０…捕捉容器
１１…第一の加圧容器
１２…第二の加圧容器
１３…第一の注入ポンプ
１４…第二の注入ポンプ
１５１～１５４…循環経路
１６１～１６２…迂回経路
１７…固液分離機
１８…沈殿容器
２０…処理ガス導入管
２１…循環ポンプ
２２…遠心分離機
２３…汚泥容器
２４…第一の脱気ライン
２５…第二の脱気ライン
２６…加圧ポンプ
２７…送液ポンプ
２８…送液ポンプ
３１…第一のイオン交換膜
３２…第二のイオン交換膜
４１～５６…バルブ
Ｓ…吸収液

【要約】

【課題】二酸化炭素を効率よく回収することができ、かつ、小さくすることができる二酸化炭素の固定装置、及び二酸化炭素の固定方法を提供する。
【解決手段】湿式の物理吸収により二酸化炭素を吸収液Ｓ中に捕捉する捕捉容器１０と、二酸化炭素が捕捉された吸収液Ｓを断続的に加圧する第一の加圧容器１１と、吸収液Ｓにアルカリを注入する第一の注入ポンプ１３と、吸収液Ｓに塩化カルシウムを注入する第二の注入ポンプ１４と、捕捉容器１０の出口から吸収液Ｓを排出し、吸収液Ｓを捕捉容器１０の入り口に戻す循環経路１５１～１５４と、循環経路１５１～１５４の一部を迂回して、第一の加圧容器１１を経由させる迂回経路１６１～１６２と、第一の加圧容器１１から取り出された吸収液Ｓの廃液から、炭酸カルシウムを分離回収する固液分離機１７と、を備える、二酸化炭素の固定装置１。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】