JP2005211826A - 排ガス中の二酸化炭素の回収システムおよび回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電用ボイラのスチームを多量に用いずに、二酸化炭素を吸収したアルカリ溶液から二酸化炭素を取り出すことができ、排ガス中からの二酸化炭素の回収率を高くすることができる排ガス中の二酸化炭素の回収システムおよび回収方法を提供すること目的とする。
【解決手段】アルカリ溶液噴出部１０１から噴出されたアルカリ溶液１１６は、充填材１０２中を下方から上方に流れる排ガス１１４と気液接触し、排ガス１１４に含まれる二酸化炭素を吸収する。その吸収された二酸化炭素を不溶性化合物として析出させ、その不溶性化合物を捕集槽１１で回収する。また、不溶性化合物の生成に寄与しなかった捕集槽の特に上部にあるアルカリ溶液は、再度、循環用配管１５４ｂによりアルカリ溶液噴出部１０１に還流される。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムに係り、特に、アルカリ溶液によって二酸化炭素を回収することができる排ガス中の二酸化炭素の回収システムおよび回収方法に関する。

近年、化石燃料の燃焼生成物である二酸化炭素の温室効果による地球温暖化の問題が大きくなっている。気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書において、我が国の温室効果ガス排出削減の達成目標は、１９９０年の比率マイナス６％を２００８〜２０１２年の間に達成することであるが、すでに２０００年時点で８％増加しており、目標を達成するためには、全力を尽くしていかなければならない状況に追い込まれている。

このような背景の中、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される排ガス中に含まれる二酸化炭素の吸収液として、例えば、アルカリ物質であるアミン化合物の水溶液を用いることにより、二酸化炭素を回収するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、例えば、アルカリ物質である炭酸カリウムの水溶液を用いることにより、二酸化炭素および硫黄酸化物を同時に回収するシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

アルカリ溶液としてアミン水溶液を用い、二酸化炭素を回収する従来の二酸化炭素回収システム２００を図４に示す。

図４に示された従来の二酸化炭素回収システム２００では、化石燃料を燃焼して排出された排ガス２０１は、ガス冷却塔２０２に導入され、そのガス冷却塔２０２において冷却されて、吸収塔２０３に導かれる。吸収塔２０３の上部には、アルカリ溶液２０４が供給され、この供給されたアルカリ溶液２０４は、導入された排ガス２０１と接触して、排ガス２０１中の二酸化炭素を吸収する。

二酸化炭素を吸収したアルカリ溶液２０４は、吸収塔２０３の下部から再生塔２０６に導かれる。一方、二酸化炭素が吸収されて残った排ガス２０１は、吸収塔２０３の上部から大気へ放出される。この際、二酸化炭素とアミン化合物との反応は発熱反応であるため、吸収塔２０３内において、アルカリ溶液２０４の一部が蒸発する。その蒸発した気体にはアミン化合物が含まれるので、そのアミン化合物が、二酸化炭素が吸収された排ガス２０１とともに外部に流出するのを防ぐために、吸収塔２０３の上部に水洗部２０５を設け、二酸化炭素が吸収された排ガス２０１と洗浄水とを気液接触させることにより、アミン化合物を洗浄水に吸収し回収していた。

再生塔２０６では、二酸化炭素を吸収したアルカリ溶液２０４が加熱されて、吸収した二酸化炭素が取り出され、アルカリ溶液２０４が再生される。再生されたアルカリ溶液２０４は、再度、吸収塔２０３へ導かれる。一方、アルカリ溶液２０４から取り出された二酸化炭素は、二酸化炭素回収部によって回収される。

このように構成された従来の二酸化炭素回収システムでは、吸収塔２０３と再生塔２０６の間にアルカリ溶液２０４の還流ラインが設けられ、再生塔２０６において発電用ボイラのスチームなどを用いて、アルカリ溶液２０４を瞬時に所定温度まで加熱して再生し、再生したアルカリ溶液２０４を吸収塔２０３に戻していた。

炭酸カリウム水をアルカリ溶液として用いた従来の二酸化炭素回収システムでは、炭酸カリウム水中を二酸化炭素分子および水酸イオンがそれぞれ拡散しお互いが結合する。

このように構成された従来の二酸化炭素回収システムでは、炭酸カリウム水の重量濃度を３３％以上に高くすると、炭酸カリウム水の粘度が高くなり、二酸化炭素分子および水酸イオンの拡散が遅くなるため、排ガス中からの二酸化炭素の回収率が十分に高くならなかった。
特開２００２−１２６４３９号公報 特開平４−３４６８１６号公報

上述した従来の二酸化炭素回収システムにおいては、再生塔でアルカリ溶液を瞬時に所定温度まで加熱するために、発電用ボイラのスチームを多量に使用するという問題があった。また、高濃度の炭酸カリウム水を用いると、排ガス中からの二酸化炭素の回収率が十分に高くならないという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発電用ボイラのスチームを多量に用いずに、二酸化炭素を吸収したアルカリ溶液から二酸化炭素を取り出すことができ、排ガス中からの二酸化炭素の回収率を高くすることができる排ガス中の二酸化炭素の回収システムおよび回収方法を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の排ガス中二酸化炭素の回収システムは、排ガス導入口、アルカリ溶液導入口、残り排ガス排出口およびアルカリ溶液排出口を備え、導入された排ガスとアルカリ溶液とを気液接触させて該アルカリ溶液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、反応生成物である不溶性化合物を生成する二酸化炭素吸収塔と、前記二酸化炭素吸収塔のアルカリ溶液排出口から排出されるアルカリ溶液を前記アルカリ溶液導入口に還流させるアルカリ溶液還流ラインと、前記アルカリ溶液還流ライン内に介挿され、または前記アルカリ溶液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記アルカリ溶液に含まれる不溶性化合物を捕集する捕集槽とを具備することを特徴とする。

この排ガス中の二酸化炭素の回収システムによれば、二酸化炭素吸収塔内においてアルカリ溶液に排ガス中の二酸化炭素が吸収されて生成された反応生成物である不溶性化合物は、アルカリ溶液とともにアルカリ溶液還流ラインを流れ捕集槽に達する。不溶性化合物は、比重がアルカリ溶液よりも大きいため、不溶性化合物は捕集槽の下部に沈殿し、捕集槽においてその沈殿した不溶性化合物を捕集することができる。また、不溶性化合物の生成に寄与しなかった捕集槽の特に上部にあるアルカリ溶液は、再度、アルカリ溶液還流ラインによりアルカリ溶液導入口に還流される。

また、ここで用いられるアルカリ溶液は、水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムのアルカリ物質を水に溶解して生成され、このアルカリ溶液に溶解しているアルカリ物質の重量濃度が、炭酸ナトリウムで換算した場合に９〜２２％であることを特徴とする。

また、不溶性化合物からアルカリ物質を再生させる再生塔を具備する場合には、捕集槽において捕集され、再生塔に不溶性化合物とともに送られるアルカリ溶液は少量であるため、多量の水分と一緒に加熱する場合に比べて、熱エネルギ消費量を抑えることができ、加熱源として発電用ボイラのスチームでなく排ガスなどの廃熱を利用することができる。

アルカリ溶液に溶解するアルカリ物質の重量濃度が、炭酸ナトリウムで換算した場合に９〜２２％である場合に、高濃度の炭酸カリウム水を用いた場合と比較して、二酸化炭素の回収率を高めることができる。

本発明の排ガス中二酸化炭素の回収方法は、排ガスとアルカリ溶液と気液接触させて、該アルカリ溶液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、反応生成物である不溶性化合物を生成する吸収工程と、前記アルカリ溶液に含まれる不溶性化合物を捕集する捕集工程と、前記アルカリ溶液を排ガスに繰り返し気液接触させる循環工程とを具備することを特徴とする。

吸収工程においてアルカリ溶液に排ガス中の二酸化炭素が吸収されて生成された反応生成物である不溶性化合物は、捕集工程において比重がアルカリ溶液よりも大きいため、不溶性化合物は捕集槽の下部に沈殿する。これによって、捕集工程においてその沈殿した不溶性化合物を捕集することができる。また、不溶性化合物の生成に寄与しなかったアルカリ溶液は、再度、循環工程によって排ガスに気液接触させられる。

また、不溶性化合物からアルカリ物質を再生させる再生工程を具備する場合には、捕集工程において捕集され、再生工程に不溶性化合物とともに送られるアルカリ溶液は少量であるため、多量の水分と一緒に加熱する場合に比べて、熱エネルギ消費量を抑えることができ、加熱源として発電用ボイラのスチームでなく排ガスなどの廃熱を利用することができる。

本発明の排ガス中の二酸化炭素の回収システムおよび回収方法によれば、発電用ボイラのスチームを多量に用いずに、二酸化炭素を吸収したアルカリ溶液から二酸化炭素を取り出すことができ、排ガス中からの二酸化炭素の回収率を高くすることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１の概要を示したものである。

本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１は、主として吸収塔１０、捕集槽１１、制御部１２から構成されている。なお、図１において、制御部１２は、後述する各ポンプ、各バルブ、水素イオン指数測定器として機能するペーハー計と電気的に接続されているが、図の明記のため接続線を省略する。

吸収塔１０の下部には、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出された二酸化炭素を含む排ガス１１４を吸収塔１０内に導くための排ガス供給部１１５が設けられている。また、吸収塔１０の内部には、排ガス供給部１１５から導入された排ガス１１４から二酸化炭素を吸収する吸収部１００が設けられている。さらに、吸収塔１０の上部には、吸収部１００を通過することで、二酸化炭素が吸収された排ガス１１４を大気中に排気するための排気口１１７が設けられている。

吸収部１００には、捕集槽１１からポンプ１５３ｂによって供給されるアルカリ溶液１１６を噴出するアルカリ溶液噴出部１０１と、アルカリ溶液噴出部１０１から噴出されたアルカリ溶液１１６と吸収塔１０に導入された排ガス１１４とを主として気液接触させる充填材１０２と、充填材１０２から落下する、アルカリ溶液１１６に排ガス中の二酸化炭素が吸収されて生成された反応生成物である不溶性化合物を含むアルカリ溶液１１６を貯留するアルカリ溶液貯留部１０３とが設置されている。

アルカリ溶液噴出部１０１から噴出されるアルカリ溶液１１６は、均一に噴出されることが好ましく、例えば、アルカリ溶液噴出部１０１に、所定の噴霧粒径および噴霧パターンが得られる噴霧ノズルなどを用いてもよい。

ここで、充填材１０２は、例えば、多孔構造、ハニカム構造などを有するもので構成され、吸収部１００を通過するアルカリ溶液１１６をかく乱する作用を有するものであればよい。また、吸収部１００において、排ガス１１４とアルカリ溶液１１６との気液接触を効率よく行える構造ならば、充填材１０２を設置することなく構成してもよい。

また、アルカリ溶液貯留部１０３は、ポンプ１５３ａを備え、アルカリ溶液還流ラインとして機能する循環用配管１５４ａを介して捕集槽１１と接続されている。ポンプ１５３ａは、制御部１２と電気的に接続され、制御部１２からの信号に基づいて、アルカリ溶液貯留部１０３から捕集槽１１に供給するアルカリ溶液１１６の流量を調整する。

捕集槽１１は、アルカリ溶液貯留部１０３からのアルカリ溶液１１６が供給される複数に分割された分割槽１５０、１５１、１５２から構成される。アルカリ溶液貯留部１０３に一端が接続された循環用配管１５４ａの他端は、分割槽１５０、１５１、１５２に対応して複数に分岐され、各分割槽１５０、１５１、１５２内に設置される。また、分岐された循環用配管１５４ａには、バルブ１５５が備えられている。バルブ１５５は、制御部１２と電気的に接続され、制御部１２からの信号に基づいて、各分割槽１５０、１５１、１５２に対するアルカリ溶液１１６の供給の切替えを行う。

また、各分割槽１５０、１５１、１５２には、バルブ１５５を備え、各分割槽１５０、１５１、１５２に対応して一端が分岐され、アルカリ溶液還流ラインとして機能する循環用配管１５４ｂが設置されている。この分岐された循環用配管１５４ｂの一端は、各分割槽１５０、１５１、１５２の内部の比較的上部に位置するように設置されている。これによって、各分割槽１５０、１５１、１５２からアルカリ溶液１１６を循環させる場合に、各分割槽１５０、１５１、１５２の底部に沈殿する不溶性化合物を吸い上げることを防止することができる。

また、循環用配管１５４ｂの他端は、アルカリ溶液噴出部１０１に接続されている。また、循環用配管１５４ｂには、ポンプ１５３ｂが備えられ、ポンプ１５３ｂは、制御部１２と電気的に接続され、制御部１２からの信号に基づいて、各分割槽１５０、１５１、１５２からアルカリ溶液噴出部１０１に供給するアルカリ溶液１１６の流量を調整する。

また、各分割槽１５０、１５１、１５２には、アルカリ溶液補給部１５６から供給されるアルカリ溶液１１６を導くためのポンプ１５８を備えたアルカリ溶液注入配管１５７が設置されている。ポンプ１５８は、制御部１２と電気的に接続され、制御部１２からの信号に基づいて、各分割槽１５０、１５１、１５２に供給するアルカリ溶液の流量を調整する。また、各アルカリ溶液注入配管１５７には、バルブ１５５が備えられ、バルブ１５５は、制御部１２と電気的に接続され、制御部１２からの信号に基づいて、各分割槽１５０、１５１、１５２に供給するアルカリ溶液１１６の流量の調整を行う。

さらに、各分割槽１５０、１５１、１５２には、アルカリ溶液１１６の水素イオン指数ｐＨを計測するペーハー計１５９に、アルカリ溶液１１６を導くための計測用配管１５９ａが設置され、各計測用配管１５９ａには、バルブ１５５が備えられている。このペーハー計１５９は、制御部１２と電気的に接続され、測定結果に基づく信号を制御部１２に出力する。

アルカリ溶液１１６は、アルカリ物質である炭酸ナトリウムあるいは水酸化ナトリウムを水に溶かしたものである。アルカリ物質として炭酸ナトリウムを用いる場合、水１００ｇ当たりに１０〜２８ｇの炭酸ナトリウムを溶かして重量濃度を９〜２２％に調整する。その炭酸ナトリウムは、例えば、石炭灰、都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰、バイオマス焼却灰などから採取した不純物入り炭酸ナトリウムでもよい。また、炭酸ナトリウムは、例えば、砂漠などのアルカリ成分を含む土壌から採取した不純物入り炭酸ナトリウムでもよい。さらに、炭酸ナトリウムは、例えば、アルカリ湖の湖水から天日塩田方式で採集した不純物入り炭酸ナトリウムでもよい。ただし、不純物の重量は、炭酸ナトリウムの重量濃度（９〜２２％）に加味しない。

化学当量４０の水酸化ナトリウムをアルカリ物質として用いる場合、水１００ｇ当たりに８〜２１ｇの水酸化ナトリウムを溶かして、化学当量５３の炭酸ナトリウムに換算した場合の重量濃度を９〜２２％に調整する。その水酸化ナトリウムは、例えば、イオン交換膜による海水の淡水化で生じたものでもよい。

炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合物をアルカリ物質として用いる場合、炭酸ナトリウムに換算した場合の重量濃度を９〜２２％に調整する。

吸収塔１０の中では、アルカリ溶液１１６の温度が４０〜６５℃に設定されている。ここで、吸収塔１０中におけるアルカリ溶液１１６の温度をこの範囲に設定したのは、４０℃未満では、二酸化炭素のアルカリ溶液１１６への吸収が遅く、６５℃を超えるとアルカリ溶液１１６に溶解している炭酸水素ナトリウムあるいは析出した炭酸水素ナトリウムが二酸化炭素を放出し始めるからである。

また、捕集槽１１の中では、アルカリ溶液１１６の温度が４０〜６０℃に設定されている。ここで、捕集槽１１中におけるアルカリ溶液１１６の温度をこの範囲に設定したのは、４０℃未満に冷えるとアルカリ溶液１１６中の炭酸水素ナトリウムが捕集槽１１の壁面に貼りつくように析出するためである。また、６５℃を超えるとアルカリ溶液１１６に溶解している炭酸水素ナトリウムあるいは析出した炭酸水素ナトリウムが二酸化炭素を放出し始めるので、捕集槽１１中におけるアルカリ溶液１１６の温度の上限を６０℃とした。

なお、アルカリ溶液１１６の加熱は、例えば、循環用配管１５４ａや循環用配管１５４ｂを発電用のボイラの排ガスの排熱などを利用して加熱することで行うことができる。なお、アルカリ溶液１１６の加熱方法は、これに限られるものではなく、例えば、捕集槽１１中に熱交換器を設け、発電用のボイラの排ガスの排熱などを利用して加熱してもよい。また、加熱源としてシステムの熱効率を考慮すると、発電用のボイラの排ガスの排熱などを利用することが好ましいが、ヒータなどを加熱源として利用してもよい。

次に、二酸化炭素回収システム１の作用について説明する。

火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出された排ガス１１４は、脱硫処理が施されないまま、排ガス供給部１１５から吸収塔１０内に供給される。吸収塔１０内に排ガス１１４が供給されると、捕集槽１１に収容されたアルカリ溶液１１６がアルカリ溶液噴出部１０１から噴出される。アルカリ溶液噴出部１０１から噴出されるアルカリ溶液１１６の流量は、制御部１２からの信号に基づいて制御されるポンプ１５３ｂによって調整される。

アルカリ溶液噴出部１０１から噴出されたアルカリ溶液１１６は、充填材１０２を伝わって流れ落ちながら、充填材１０２中を下方から上方に流れる排ガス１１４と気液接触し、排ガス１１４に含まれる二酸化炭素および硫黄酸化物を吸収する。そして、二酸化炭素を吸収し、排ガス中の二酸化炭素が吸収されて生成された反応生成物である不溶性化合物（炭酸水素ナトリウム）を含んだアルカリ溶液１１６は、アルカリ溶液貯留部１０３に流れ落ち貯留される。また、一部の二酸化炭素は吸収されないまま排気口１１７より大気に放出される。

アルカリ溶液貯留部１０３に貯留された不溶性化合物を含んだアルカリ溶液１１６は、ポンプ１５３ａによって循環用配管１５４ａに導かれ、捕集槽１１を構成する１つの分割槽１５０に供給される。この時には、アルカリ溶液１１６が供給された分割槽１５０に対応するバルブ１５５以外のバルブ１５５は閉じられている。

分割槽１５０に不溶性化合物を含んだアルカリ溶液１１６が供給されると、不溶性化合物は、比重がアルカリ溶液よりも大きいため、不溶性化合物は捕集槽の下部に沈殿する。

そして、分割槽１５０に設置されている計測用配管１５９ａのバルブ１５５が開き、アルカリ溶液１１６の一部がペーハー計１５９に導かれる。ペーハー計１５９は、導かれたアルカリ溶液１１６の水素イオン指数ｐＨを検知し、その検知値に対応する信号を制御部１２に出力する。

制御部１２では、ペーハー計１５９からの信号に基づき、分割槽１５０内のアルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０の範囲にあるか否かを判定する。なお、排ガス１１４に含まれる二酸化炭素を吸収することによりアルカリ溶液１１６は、炭酸水素ナトリウムを含む水溶液となり、ｐＨ値が１２以上であったものが１１程度まで徐々に減少し、さらに９以下まで急激に低下する。

制御部１２において、アルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０よりも大きいと判定された場合には、さらに、分割槽１５０に導かれ、不溶性化合物の生成に寄与しなかったアルカリ溶液１１６は、アルカリ溶液噴出部１０１に導かれ、アルカリ溶液噴出部１０１から噴出され、上記した動作を繰り返す。この際、循環用配管１５４ｂに備えられたバルブ１５５は、分割槽１５０に対応するもの以外は閉じられている。

一方、制御部１２において、アルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０の範囲にあると判定された場合には、制御部１２は、分割槽１５０に対応する循環用配管１５４ａに設けられたバルブ１５５を閉じる制御を行う。そして、分割槽１５０の底部に捕集された不溶性化合物の炭酸水素ナトリウムは、分割槽１５０の外部に取り出される。不溶性化合物が取り出された後、制御部１２は、分割槽１５０に対応するアルカリ溶液補給部１５６のバルブ１５５を開く制御およびポンプ１５８を作動させる制御を行う。そして、分割槽１５０にはアルカリ溶液１１６が補給される。

分割槽１５０に貯留されるアルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０程度まで低下した際には、アルカリ溶液１１６を貯留する分割槽を分割槽１５１に切替え、上述した分割槽１５０を使用した場合と同様の動作が行われる。この場合には、分割槽１５１に対応するバルブ１５５が開かれる。さらに、分割槽１５１に貯留されるアルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０程度まで低下した際には、アルカリ溶液１１６を貯留する分割槽を分割槽１５２に切替え、上述した分割槽１５０を使用した場合と同様の動作が行われる。

ここで、アルカリ溶液１１６を長期に使用すると亜硫酸イオンが蓄積する。例えば、分割槽１５０のアルカリ溶液１１６に含まれる亜硫酸イオンの濃度が重量濃度で０．５％に達した場合、分割槽１５０には、塩化カルシウムが添加され、亜硫酸イオンが亜硫酸カルシウムになって沈殿し、炭酸イオンが炭酸カルシウムになって沈殿する。残った水溶液は取り除かれ、新たなアルカリ溶液１１６がアルカリ溶液補給部１５６から供給される。

なお、亜硫酸イオンの濃度は、分割槽１５０に設置されている計測用配管１５９ａから分岐された配管を介して接続されたイオンクロマトグラフィ（図示しない）などのイオン濃度測定装置によって測定される。また、イオン濃度測定装置は、制御部１２と電気的に接続され、亜硫酸イオンの濃度の測定情報は、制御部１２に出力される。

上記したように、本発明の二酸化炭素回収システム１では、二酸化炭素は不溶性化合物として回収され、アルカリ溶液１１６は補給されるものの、再生されないので、アルカリ溶液１１６を再生するための熱エネルギが不要となり、システムとしての熱効率を向上させることができる。しかも、大気汚染物質である硫黄酸化物をも回収することができる。

また、本発明では、過大なエネルギを使わずに、火力発電所や都市ごみ焼却場などから排出される大量の二酸化炭素を回収することができるので、地球温暖化防止に寄与することができる。また、炭酸ナトリウム以外にも、低廉な不純物入り炭酸ナトリウムを用いて、二酸化炭素を付加価値のある炭酸水素ナトリウムとして固定することができる。

さらに、本発明では、二酸化炭素を吸収するアルカリ溶液は、廃棄処分される石炭灰などを用いて容易に製造されるので、製造コストが安価で、アルカリ溶液１１６を量産しやすく、連続的に大量のアルカリ溶液１１６を供給することができる。また、アルカリ溶液１１６を製造するために用いられた石炭灰などは、アルカリ成分の大部分が除去されているため、その後埋立て処分され、雨水などに晒されてもアルカリ成分の溶出は非常に少なく、環境に与える影響は非常に少ない。

また、アルカリ湖の湖水などから製造された炭酸ナトリウムをアルカリ溶液１１６に用いる場合も、石炭灰などを用いた場合と同様に、製造コストが安価で、アルカリ溶液１１６を量産しやすく、連続的に大量のアルカリ溶液１１６を吸収塔などに供給することができる。また、炭酸ナトリウムは、本来自然界に存在するものであるので、例えば、運搬中に漏洩しても環境に大きな影響を与えず、環境保全の観点から安全性を高めることができる。

さらに、アルカリ成分を含む土壌から溶出されたアルカリ成分をアルカリ溶液１１６に用いる場合も、石炭灰などを用いた場合と同様に、製造コストが安価で、アルカリ溶液１１６を量産しやすく、連続的に大量のアルカリ溶液１１６を吸収塔１０などに供給することができる。また、土壌から農耕の阻害となるアルカリ成分が除去されるため、砂漠の緑化などに寄与することができる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１に、不溶性化合物１８０を加熱してアルカリ溶液１１６に再生させる再生塔２０を付加した二酸化炭素回収システム２の概要図である。なお、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。

再生塔２０の上部には、アルカリ溶液１１６と二酸化炭素の反応性生物である不溶性化合物１８０の投入口１８１および二酸化炭素取出しライン１８２が設けられており、再生塔２０の下部には、熱水が内部を循環し、再生塔２０の内部の物質を加熱する熱水配管１８３が備えられている。ただし、再生塔２０と循環用配管１５４ａ、１５４ｂとは連結されていない。また、再生塔２０の底部には、アルカリ溶液補給部１５６と接続されたポンプ１５８およびバルブ１５５を備えたアルカリ溶液供給配管１８５が接続されている。さらに、再生塔２０の底部には、フィルタ１８６が設けられ、このフィルタは、不溶性化合物１８０が通過できない程度の目の粗さを有している。

また、図２に図示されていないが、各分割槽１５０、１５１、１５２の底部に堆積する不溶性化合物１８０を再生塔２０に導くため、各分割槽１５０、１５１、１５２の底部と再生塔２０との間には、例えば、ポンプおよびバルブが備えられた不溶性化合物供給配管が設置される。

次に、二酸化炭素回収システム２の作用の一例について説明する。

ペーハー計１５９からの信号に基づき、制御部１２において、アルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０の範囲にあると判定された場合には、捕集槽１１の分割槽１５０から不溶性化合物供給配管（図示しない）を介して不溶性化合物１８０を含むアルカリ溶液１１６を再生塔２０に供給する。このとき再生塔２０の底部に設置されたアルカリ溶液供給配管１８５のバルブは開かれている。

そして、再生塔２０に供給された不溶性化合物１８０を含むアルカリ溶液１１６は、再生塔２０の底部のフィルタ１８６によって、アルカリ溶液１１６と不溶性化合物１８０とが分離され、フィルタ１８６を通過したアルカリ溶液１１６は、再度、アルカリ溶液補給部１５６によって分割槽１５０に戻される。この際、アルカリ溶液供給配管１８５に設けられたポンプ１５８を作動させてもよい。

そして、再生塔２０内に少量のアルカリ溶液１１６が存在する状態で、アルカリ溶液供給配管１８５のバルブ１５５を閉じ、再生塔２０への不溶性化合物１８０を含むアルカリ溶液１１６の供給を停止する。なお、ポンプ１５８が作動している場合には、ポンプ１５８も停止される。

続いて、熱水配管１８３に熱水１８４が導かれる。例えば、アルカリ溶液１１６が炭酸ナトリウム水であり、不溶性化合物１８０が若干の水を含んだ炭酸水素ナトリウムである場合、熱水１８４の温度は７０〜９０℃に設定される。

不溶性化合物１８０（若干の水を含んだ炭酸水素ナトリウム）は、熱水１８４によって６５℃以上になると二酸化炭素を放出し始め、二酸化炭素とアルカリ物質（炭酸ナトリウムと若干の水）とに分離される。再生したアルカリ物質は、所定量の水に溶け込んでアルカリ溶液１１６となり、アルカリ溶液供給配管１８５を介してアルカリ溶液補給部１５６に供給される。一方、再生塔２０の中で放出された二酸化炭素は、二酸化炭素取出しライン１８２を介して捕集される。

二酸化炭素回収システム２では、このようなアルカリ溶液１１６の再生と不溶性化合物１８０の析出とが繰り返し行われる。

また、各分割槽１５０、１５１、１５２から再生塔２０への不溶性化合物１８０の供給は、上記した方法に限られるものではなく、例えば、次のような方法によっても不溶性化合物１８０を各分割槽１５０、１５１、１５２から再生塔２０に導くことができる。この場合には、再生塔２０の底部に設けられたフィルタ１８６は不要となる。

各分割槽１５０、１５１、１５２の底部と再生塔２０との間にポンプおよびバルブが備えられた不溶性化合物供給配管（図示しない）を設ける。この不溶性化合物供給配管の所定の部分に、流れに対して表裏面を反転可能に設置されたフィルタ（図示しない）が設けられている。また、フィルタが設置された位置よりも再生塔２０側には、不溶性化合物供給配管から分岐されたバルブを備える戻り配管（図示しない）が備えられ、その戻り配管は分岐され各分割槽１５０、１５１、１５２に設置される。

この場合において、ペーハー計１５９からの信号に基づき、制御部１２において、アルカリ溶液１１６のｐＨ値が８〜１０の範囲にあると判定された場合には、捕集槽１１の分割槽１５０から不溶性化合物供給配管を介して不溶性化合物１８０を含むアルカリ溶液１１６を再生塔２０に供給する。

各分割槽１５０、１５１、１５２の底部から再生塔２０に不溶性化合物１８０を導く際、不溶性化合物１８０と共に、各分割槽１５０、１５１、１５２に存在するアルカリ溶液１１６も不溶性化合物供給配管内に導かれる。不溶性化合物１８０を含むアルカリ溶液１１６を不溶性化合物供給配管内に設けられたフィルタを通過させることで、不溶性化合物１８０とアルカリ溶液１１６とを分離する。そして、このフィルタを通過したアルカリ溶液１１６は、再び戻り配管を介して各分割槽１５０、１５１、１５２に戻される。なお、このときには、不溶性化合物供給配管における不溶性化合物供給配管の戻り配管の分岐部と再生塔２０との間に設けられたバルブは閉じられている。

一方、フィルタに採取された不溶性化合物１８０は、例えば、戻り配管に設けられたバルブを閉鎖し、フィルタの向きを反転させ、各分割槽１５０からのアルカリ溶液１１６をフィルタに流すことによって、そのアルカリ溶液１１６の流れと共に再生塔２０に導かれる。

なお、各分割槽１５０、１５１、１５２から不溶性化合物１８０を再生塔２０に導く方法は、これに限るものではなく、不溶性化合物１８０を各分割槽１５０、１５１、１５２からすくい取り、それを再生塔２０の上部に設けられた投入口１８１からに再生塔２０に供給するなどの方法を採ることもできる。

上記したように、本発明の二酸化炭素回収システム２では、第１の実施の形態の二酸化炭素回収システム１と同様に、排ガス中の二酸化炭素を吸収することに加え、不溶性化合物１８０を瞬時に加熱する発電用ボイラのスチームなどを用いる必要がなく、廃熱を用いることができるので、システムとしての熱効率を向上させることができる。しかも、不溶性化合物１８０の析出と加熱を繰り返すことで、不溶性化合物１８０およびアルカリ溶液１１６の原料となるアルカリ物質を精製することができる。例えば、不純物入りの炭酸ナトリウムから純度の高い炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムを得ることができる。

（実施例）
図３には、アルカリ溶液による二酸化炭素吸収率を測定した結果が示されている。

この測定では、アルカリ溶液として炭酸ナトリウム水および炭酸カリウム水を用い、温度６０℃のアルカリ溶液に二酸化炭素を吹き込んで、アルカリ溶液による二酸化炭素吸収率を測定した。

その結果、重量濃度が３３％の炭酸カリウム水の二酸化炭素回収率比を１とすると、重量濃度が９〜２２％の炭酸ナトリウム水の二酸化炭素回収率比は１以上となることがわかった。

また、重量濃度が１８％未満である炭酸カリウム水は、十分な二酸化炭素を吸収しても炭酸水素カリウムを析出しなかった。重量濃度が９％未満である炭酸ナトリウム水も炭酸水素ナトリウムを析出しなかったが、重量濃度が９％以上である炭酸ナトリウム水は、炭酸水素ナトリウムを析出した。

本発明の二酸化炭素回収システム１、２のアルカリ溶液１１６は、アルカリ物質である炭酸ナトリウムあるいは水酸化ナトリウムを水に溶かしたものであり、アルカリ溶液１１６の重量濃度が炭酸ナトリウム換算で９〜２２％に調整してある。このため、高濃度の炭酸カリウム水を用いた場合に比べて、二酸化炭素の回収率を高めることができる。

また、不溶性化合物１８０（若干の水を含んだ炭酸水素ナトリウム）は、６５℃以上になると二酸化炭素を放出し始めるが、吸収塔１０の内部では、アルカリ溶液１１６の温度が４０〜６５℃に設定してあるため、アルカリ溶液１１６に溶解している炭酸水素ナトリウムあるいは析出した炭酸水素ナトリウムが二酸化炭素を放出することはない。換言すれば、吸収塔１０の内部で一旦吸収された二酸化炭素は、吸収塔１０の排気口１１７から大気中に排出されるこなく、効率のよい二酸化炭素の回収を行うことができる。

（その他の実施の形態）
図１および図２を参照して、本発明のその他の実施の形態を説明する。
本発明の二酸化炭素回収システム１、２は、吸収塔１０と捕集槽１１が別々に分かれているが、吸収塔１０の下部のアルカリ溶液貯留部１０３と捕集槽１１を一体的に構成してもよい。この場合にも、二酸化炭素回収システム１、２と同様の作用および効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。 本発明の第２の実施の形態の二酸化炭素回収システムを示す概要図。 アルカリ溶液による二酸化炭素吸収率を測定した結果を示す図。 従来の二酸化炭素回収システムを示す概要図。

符号の説明

１…二酸化炭素回収システム、１０…吸収塔、１１…捕集槽、１２…制御部、１００…吸収部、１０１…アルカリ溶液噴出部、１０２…充填材、１０３…アルカリ溶液貯留部、１１４…排ガス、１１５…排ガス供給部、１１６…アルカリ溶液、１１７…排気口、１５０，１５１，１５２…分割槽、１５３ａ，１５３ｂ，１５８…ポンプ、１５４ａ，１５４ｂ…循環用配管、１５５…バルブ、１５６…アルカリ溶液補給部、１５７…アルカリ溶液注入配管、１５９…ペーハー計、１５９ａ…計測用配管。

Claims (10)

1. 排ガス導入口、アルカリ溶液導入口、残り排ガス排出口およびアルカリ溶液排出口を備え、導入された排ガスとアルカリ溶液とを気液接触させて該アルカリ溶液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、反応生成物である不溶性化合物を生成する二酸化炭素吸収塔と、
   前記二酸化炭素吸収塔のアルカリ溶液排出口から排出されるアルカリ溶液を前記アルカリ溶液導入口に還流させるアルカリ溶液還流ラインと、
   前記アルカリ溶液還流ライン内に介挿され、または前記アルカリ溶液還流ラインから分岐する配管で接続され、前記アルカリ溶液に含まれる不溶性化合物を捕集する捕集槽と
   を具備することを特徴とする排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
2. 前記排ガス中の二酸化炭素の回収システムが、
   前記アルカリ溶液の水素イオン指数を測定する水素イオン指数測定器と、
   前記水素イオン指数測定器で測定された水素イオン指数に基づいて、前記アルカリ溶液還流ラインを制御する制御手段と
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
3. 前記アルカリ溶液が、水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムのアルカリ物質を水に溶解して生成され、前記アルカリ溶液に溶解している前記アルカリ物質の重量濃度が、炭酸ナトリウムで換算した場合に９〜２２％であることを特徴とする請求項１または２記載の排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
4. 前記排ガス中の二酸化炭素の回収システムが、
   前記不溶性化合物が供給され、該不溶性化合物を加熱して二酸化炭素を放出させ、該不溶性化合物から前記アルカリ物質を再生させる再生塔をさらに具備することを特徴とする請求項１記載乃至３記載のいずれか１項記載の排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
5. 前記二酸化炭素吸収塔における前記アルカリ溶液の温度が、４０〜６５℃であることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれか１項記載の排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
6. 前記不溶性化合物が、炭酸水素ナトリウムであることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれか１項記載の排ガス中の二酸化炭素の回収システム。
7. 排ガスとアルカリ溶液と気液接触させて、該アルカリ溶液に該排ガス中の二酸化炭素を吸収させ、反応生成物である不溶性化合物を生成する吸収工程と、
   前記アルカリ溶液に含まれる不溶性化合物を捕集する捕集工程と、
   前記アルカリ溶液を排ガスに繰り返し気液接触させる循環工程と
   を具備することを特徴とする排ガス中の二酸化炭素の回収方法。
8. 前記排ガス中二酸化炭素の回収方法が、
   前記不溶性化合物を加熱して二酸化炭素を放出させ、該不溶性化合物から前記アルカリ物質を再生させる再生工程をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の排ガス中の二酸化炭素の回収方法。
9. 前記吸収工程、前記捕集工程、前記循環工程、および前記再生工程が順次に繰り返されることを特徴とする請求項８記載の排ガス中の二酸化炭素の回収方法。
10. 前記吸収工程における前記アルカリ溶液の温度が、４０〜６５℃であることを特徴とする請求項７乃至９記載のいずれか１項記載の排ガス中の二酸化炭素の回収方法。

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