特許 7530484 ＣＯ２固定システム

(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】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】ＣＯ２固定システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20240731BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 100

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023113574

(22)【出願日】2023-07-11

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【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

【審査官】太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０２２５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０６１２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２００７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２５７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１７６５３４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／１４ － ５３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＯ₂供給装置と、
廃棄物供給装置と、
前記廃棄物供給装置によって供給された廃棄物と、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が固定された廃棄物を生成する、ＣＯ₂固定化装置と、を備え、
ＣＯ₂固定化装置は、ＣＯ₂の濃度の変化率を取得する手段を備え、前記変化率が所定の値を上回るまで、廃棄物とＣＯ₂を接触させることを特徴とする、ＣＯ₂固定化システム。

【請求項2】

前記ＣＯ₂固定化装置内のＣＯ₂濃度を測定するための測定手段と、を備え、
ＣＯ₂固定化装置は、前記ＣＯ₂固定化装置のＣＯ₂濃度変化の傾きが設定値を上回るまで、廃棄物とＣＯ₂を接触させる、請求項１に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項3】

前記ＣＯ₂固定化装置内の圧力を測定するための測定手段をさらに備える、請求項２に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項4】

第１のガス供給装置をさらに備え、前記第１のガス供給装置は、前記ＣＯ₂固定化装置内の圧力変化に応じて第１のガスを供給する、請求項３に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項5】

前記ＣＯ₂固定化装置内の圧力を測定するための測定手段を備え、
前記ＣＯ₂固定化装置の圧力変化の傾きが設定値を上回るまで、廃棄物とＣＯ₂を固定させる、請求項１に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項6】

バッファタンクをさらに備え、前記バッファタンクは前記ＣＯ₂固定化装置と連通し、前記ＣＯ₂固定化装置内の気体を回収し、再び前記ＣＯ₂固定化装置に供給する、請求項１に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項7】

前記ＣＯ₂固定化装置内が設定された圧力となるまで前記バッファタンクに気体を回収する、請求項６に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項8】

前記廃棄物は、ボトムアッシュ、煤塵、および不燃廃棄物を含む、請求項１に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項9】

前記第１のガスは、周囲の空気、または二酸化炭素以外の気体を含むガスである、請求項４に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項10】

前記ＣＯ₂固定化装置はさらに廃棄物にアルカリ土類金属含有物を追加するための手段を備えた、請求項１に記載のＣＯ₂固定化システム。

【請求項11】

前記ＣＯ₂固定化装置はさらに水分を追加するための手段を備えた、請求項１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、特に廃棄物にＣＯ₂を吸着させ、埋め立て、または貯留させるためのＣＯ₂固定システムに関する。

【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】

【文献】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】

しかしながら実際の廃棄物は様々な物質を含むため、廃棄物が吸収できるＣＯ₂量は一定ではない。そのため、廃棄物に固定化されるＣＯ₂量を最大にしようとした場合、廃棄物のロットが異なれば、固定化に要する時間は異なるものとなる。また、固定化を最大とするために、固定化時間を必要以上に長くすることは、装置の稼働効率の低下を招き、好ましくない。

【0005】

したがって、廃棄物に対するＣＯ₂の固定化が十分に行われたことをリアルタイムで判断するための、ＣＯ₂固定システムおよびＣＯ₂固定方法が要求される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のＣＯ₂固定化システムは、ＣＯ₂供給装置と、廃棄物供給装置と、廃棄物供給装置によって供給された廃棄物と、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が固定された廃棄物を生成する、ＣＯ₂固定化装置と、を備え、ＣＯ₂固定化装置は、ＣＯ₂の推定固定量の変化率を取得する手段を備え、変化率が所定の値を上回るまで、廃棄物とＣＯ₂を接触させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によると、廃棄物に対するＣＯ₂の固定化が十分に行われたことをリアルタイムで判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示に係るＣＯ₂固定化システムの概要図である。

【図2】本開示に係るＣＯ₂固定化システムの動作を示す図である。

【図3】本開示に係るＣＯ₂固定化システムの動作を示す図である。

【図4】本開示に係るＣＯ₂固定化システムの動作を示す図である。

【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固定化システムの概要図］
図１は、本開示に係るＣＯ₂固定化システムの概要図である。図１において、ＣＯ₂固定化システムは、焼却装置または燃焼装置、煤塵処理装置、廃棄物供給装置、ＣＯ₂供給装置、ＣＯ₂固定化装置を有する。

【0011】

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。廃棄物は、焼却される可燃廃棄物と、焼却されない不燃廃棄物を含む。可燃廃棄物には、廃プラスチック類、ゴムくず、金属くず、ガラスくず、コンクリートくず、陶磁器くず、汚泥、廃油、廃酸、廃アルカリ、紙くず、木くず、繊維くず、動植物性残渣、動物系固形不要物、動物の糞尿、引火性廃油、強酸、強アルカリなどが含まれる。不燃廃棄物には、ガラスくず、陶磁器くず、石、砂、残土などが含まれる。これらの廃棄物は一例であり、廃棄物は一般的な産業廃棄物の区分に含まれる廃棄物、および特別管理産業廃棄物に含まれる廃棄物を含む。

【0012】

［焼却装置］
焼却装置において、可燃廃棄物は焼却され、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。焼却装置は燃焼装置であり得、燃焼装置は火力発電、バイオマス燃焼発電などを行う。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ＣＯ₂固定化装置に供給される。以下、燃焼系副産物である主灰および燃え殻は「ボトムアッシュ」と統一して呼称する。

【0013】

［煤塵処理装置］
煤塵処理装置において、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分（消石灰）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、ＳＯ_X）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。

【0014】

また、煤塵処理装置において、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。

【0015】

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。煤塵供給装置において分離されたフライアッシュ（煤塵）はＣＯ₂固定装置に供給される。

【0016】

［廃棄物供給装置］
廃棄物供給装置は、焼却していない廃棄物をＣＯ₂固定化装置に供給する。この廃棄物は不燃廃棄物であってもよい。好ましくは、小さく砕かれて供給される。廃棄物供給装置は、不燃廃棄物を小さな断片に破砕するために使用されるシュレッダー、および不燃廃棄物を微細な粉末状にするために使用される粉砕機等を備えることができる。

【0017】

［ＣＯ₂供給装置］
ＣＯ₂供給装置は、ＣＯ₂を分離する分離手段、圧縮手段、および格納手段を備える。ＣＯ₂供給装置において、煤塵が除去された排ガスからＣＯ₂が分離される。分離手段は、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を排ガスから分離する。

【0018】

ＣＯ₂供給装置において、ＣＯ₂は大気中に存在するＣＯ₂濃度よりも濃縮され、ＣＯ₂固定化装置に供給される。ＣＯ₂供給において、圧縮手段、格納手段が使用される。

【0019】

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。

【0020】

［ＣＯ₂固定化装置］
一実施形態において、ＣＯ₂固定化装置は、チャンバー、混練手段、第１のガス供給手段、測定手段を備える。

【0021】

チャンバーは、廃棄物、ＣＯ₂、第１のガスを受け入れるための密閉可能な容器であり、混練手段を備える。混練手段は、廃棄物とＣＯ₂とを混合する手段であり、例えば、混練用のプロペラ、駆動モータを備える。混練手段はまた、チャンバー自体が回転し、内容物を混合するようにしたものであってもよい。

【0022】

第１のガス供給手段は、チャンバー内に第１のガスを供給する。第１のガスは、空気、または二酸化炭素以外の気体を含むガスであり、二酸化炭素以外の気体を含むガスには、例えばアルゴンガス、Ｎ₂ガス等の不活性ガスが含まれる。

【0023】

測定手段は、ＣＯ₂の推定固定量の変化率を取得する手段を備える。ＣＯ₂の推定固定量の変化率は、チャンバー内の圧力、またはチャンバー内のＣＯ₂濃度を測定することで得られる。測定結果から、廃棄物へのＣＯ₂固定化が十分に行われたか否かが判定される。

【0024】

（ＣＯ₂固定化）
一実施形態において、焼却装置によって供給されたボトムアッシュと、煤塵処理装置によって供給された煤塵と、廃棄物供給装置によって供給された廃棄物と、ＣＯ₂供給装置によって供給されたＣＯ₂と、がＣＯ₂固定化装置に供給される。ＣＯ₂固定化装置は、さらにカルシウム（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含有物を追加するための手段を備えてもよい。ＣＯ₂固定化装置は、さらに水分を追加するための手段を備えてもよい。

【0025】

ＣＯ₂固定化装置は、ボトムアッシュ、煤塵、不燃廃棄物、ＣＯ₂を混練することで反応させ、ＣＯ₂が固定されたＣＯ₂固定化素材を生成する。ＣＯ₂は、ボトムアッシュ、煤塵、不燃廃棄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。

【0026】

一実施形態において、混練手段内のＣＯ₂濃度は任意の値に調整され得、例えば、第１のガスを供給することで５０％に調整される。混練手段内に廃棄物とＣＯ₂が密封され互いに接触し、ＣＯ₂が廃棄物に固定化されるにつれ、混練手段内のＣＯ₂濃度は低下する。混練手段内の圧力低下を防止するよう、第１のガス供給手段によって第１のガスが混練手段内に供給される。したがって、廃棄物へのＣＯ₂固定化が進むにつれ、混練手段内のＣＯ₂濃度は低下する。

【0027】

ＣＯ₂濃度の低下は時間経過とともに緩やかになり、ＣＯ₂濃度変化の傾きが設定値（例えば－１％／時間）を上回ると、ＣＯ₂固定化は十分行われたと判定される。

【0028】

また、ＣＯ₂濃度または第１のガス濃度を測定することにより、廃棄物に固定化したＣＯ₂量を特定することができる。また、ＣＯ₂および第１のガスの低下量を測定して、測定精度を向上させることもできる。ＣＯ₂固定化装置は複数のガス供給手段を備えていてもよい。

【0029】

（実施例１）
図２は、実施例１におけるＣＯ₂固定化システム１１０の動作を示す。ＣＯ₂固定化システム１１０は、焼却装置３、煤塵処理装置５、ＣＯ₂供給装置９、廃棄物供給装置１１、第１のガス供給装置１３、ＣＯ₂固定化装置１５、ＣＯ₂濃度計１７，弁１－３を備える。

【0030】

焼却装置３によって焼却された廃棄物はボトムアッシュ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され、ボトムアッシュおよび煤塵はＣＯ₂固定化装置１５に供給される。

【0031】

ＣＯ₂供給装置９によって排ガスからさらにＣＯ₂が分離される。ＣＯ₂はＣＯ₂供給装置９によって濃縮され、ＣＯ₂固定化装置１５に供給される。不燃廃棄物は廃棄物供給装置１１によってＣＯ₂固定化装置１５に供給される。

【0032】

一実施形態において、ＣＯ₂固定化は以下の１－８のステップのように廃棄物、ＣＯ₂、第１のガスを調整することで実施される。１－８のステップは例示的であり、詳細な動作を特定するものではない。

【0033】

【表1】

【0034】

表１のように、廃棄物とＣＯ₂はＣＯ₂固定化装置１５内に密封され混練される。ＣＯ₂固定化装置１５内のＣＯ₂固定化による圧力低下に応じて第１のガスが供給される。それによって混練手段１６内のＣＯ₂濃度は低下し、やがて時間経過とともに濃度変化は緩やかになる。ＣＯ₂濃度変化の傾きが設定値(例えば－１％/時間）を上回るとき、ＣＯ₂固定化は十分に行われたと判断される。混練手段１６内の気体は煙突を通して大気に解放され、ＣＯ₂が固定化された廃棄物は混練手段１６から排出される。

【0035】

このようにＣＯ₂固定化を実施することで、ＣＯ₂の濃度変化を用いて、廃棄物に対するＣＯ₂固定化が十分に行われたことをリアルタイムで判断することが可能となる。

【0036】

（実施例２）
図３は、実施例２におけるＣＯ₂固定化システム１２０の動作を示す。本実施形態において、ＣＯ₂固定化システム１２０は、実施例１のＣＯ₂固定化システム１１０に比べ、バッファタンク１９、圧力計２１、および弁４をさらに備える。バッファタンク１９はＣＯ₂固定化装置１５の出入口と連通している。圧力計２１はＣＯ₂固定化装置１５内に配置される。

【0037】

一実施形態において、ＣＯ₂固定化は以下の１－８のステップにより実施される。

【0038】

【表2】

【0039】

表２のように、廃棄物とＣＯ₂はＣＯ₂固定化装置１５内に密封され、混練される。ＣＯ₂固定化によるＣＯ₂固定化装置１５内の圧力低下に応じて第１のガスが供給される。それによってＣＯ₂固定化装置１５内のＣＯ₂濃度は低下し、やがて時間経過とともに濃度変化は緩やかになる。ＣＯ₂濃度変化の傾きが設定値(例えば－１％/時間）を上回るとき、ＣＯ₂固定化は十分に行われたと判断される。ＣＯ₂固定化装置１５内の気体はバッファタンク１９に回収され、ＣＯ₂が固定化された廃棄物はＣＯ₂固定化装置１５から排出される。その後、バッファタンク１９内のＣＯ₂を含む気体は混練手段１６内に戻される。ＣＯ₂固定化装置内の気体のバッファタンク１９への回収は、コンプレッサによって行われ得る。

【0040】

このように廃棄物に固定されなかったＣＯ₂を回収し再び使用することで、廃棄物に対しＣＯ₂を効率的に固定することが可能となる。

【0041】

（実施例３）
図４は、実施例３におけるＣＯ₂固定化システム１３０の動作を示す。一実施形態において、ＣＯ₂固定化システム１３０は、実施例１のＣＯ₂固定化システム１１０に比べ、バッファタンク１９および圧力計２１を備える。バッファタンク１９は混練手段１６の出入口と連通している。圧力計２１は混練手段１６内に配置される。

【0042】

一実施形態において、ＣＯ₂固定化は以下の１－８のステップにより実施される。

【0043】

【表3】

【0044】

表３のように、廃棄物とＣＯ₂はＣＯ₂固定化装置１５内に密封され、混練される。それによってＣＯ₂固定化装置１５内の圧力は低下し、やがて時間経過とともにその変化は緩やかになる。圧力変化の傾きが設定値を上回るとき、ＣＯ₂固定化は十分に行われたと判断される。ＣＯ₂固定化装置１５内の気体はバッファタンク１９に回収され、ＣＯ₂が固定化された廃棄物は混練手段１６から排出される。その後、バッファタンク１９内のＣＯ₂を含む気体はＣＯ₂固定化装置１５内に戻される。

【0045】

このように圧力変化によってＣＯ₂固定化が十分に行われたと判断することで、高濃度のＣＯ₂を廃棄物に固定することができ、廃棄物に対しＣＯ₂を効率的に固定することが可能となる。

【0046】

上記のようにしてＣＯ₂が固定化された廃棄物は、最終処分場に輸送され、埋め立てられることができる。実施例１－３は構成を限定するものではなく、それぞれの構成要素を組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0047】

１１０ １２０ １３０ ＣＯ₂固定化システム
９ ＣＯ₂供給装置
１１ 廃棄物供給装置
１３ 第１のガス供給装置
１５ ＣＯ₂固定化装置
１６ 測定手段

【要約】

【課題】廃棄物に対するＣＯ₂の固定化が十分に行われたことをリアルタイムで判断するための、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、廃棄物供給装置と、廃棄物供給装置によって供給された廃棄物と、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が固定された廃棄物を生成する、ＣＯ₂固定化装置と、を備え、ＣＯ₂固定化装置は、ＣＯ₂の推定固定量の変化率を取得する手段を備え、変化率が所定の値を上回るまで、廃棄物とＣＯ₂を接触させることを特徴とする、ＣＯ２固定化システム。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】