(57)【要約】【課題】大量の排気ガス中の炭酸ガスを効率よく処理できる排気ガスの除去方法及び除去装置を提供する。【解決手段】燃焼炉１上にステンレス製の反応炉８を設け、燃焼炉１からの排気ガスを苛性ソーダタンク３内に供給して、炭酸ナトリウム水を作り、この炭酸ナトリウム水を反応炉８内に供給してナトリウムを含むステンレス触媒に接触せしめ、炭酸ナトリウムと水の中の酸素を反応炉８内に取り込むとともに水素を採集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置からの排気ガスを苛性ソーダ水溶液と反応させて炭酸ナトリウム水溶液とし、この炭酸ナトリウム水溶液を加熱された反応炉内に供給してステンレス容器内でナトリウムを含むステンレス触媒に接触させて水素を発生させるようにした排気ガス中の炭酸ガス除去方法。
【請求項２】
前記反応炉はＮｉを含むオーステナイト系のステンレス材からなり、前記ステンレス触媒は、ステンレス成分とナトリウム成分が結合したものである請求項１記載の排気ガス中の炭酸ガス除去方法。
【請求項３】
前記ナトリウム成分は、炭酸ナトリウム及び／又は水酸化ナトリウムから供給されることを特徴とする請求項２記載の排気ガス中の炭酸ガス除去方法。
【請求項４】
前記反応炉は、燃焼装置上に加熱温度を調節可能に設置されている請求項１記載の排気ガス中の炭酸ガス除去方法。
【請求項５】
苛性ソーダ水が貯溜され、ＣＯ2を含む排気ガスが供給される水タンクと、この水タンクで生成された炭酸ナトリウム水が供給され加熱された反応炉とを有し、この反応炉はステンレスの容器と、このステンレスの容器内に収納され、ナトリウムを含むステンレス触媒とからなる排気ガス中の炭酸ガス除去装置。
【請求項６】
前記ステンレス触媒のナトリウムは前記水タンクで生成された炭酸ナトリウム水から供給され、このナトリウムは反応炉内壁、ステンレス粉末、ステンレス塊及びステンレス板のいずれか一つと結合してステンレス触媒を形成する請求項５記載の排気ガスの炭酸ガス除去装置。
【請求項７】
前記ステンレス触媒のナトリウムは予めステンレスの容器に供給された苛性ソーダから供給されるとともに、操作開始後は、炭酸ナトリウム水からも供給される請求項５記載の排気ガスの炭酸ガス除去装置。
【請求項８】
前記反応炉は、ＳＵＳ３０４からなり、この反応炉は、排気ガスを排出する燃焼装置上に温度調節可能に設置される請求項１記載の排気ガスの炭酸ガス除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所、焼却炉等の比較的大規模な燃焼システムにおいて、大気中に排出される炭酸ガスを含んだ排気ガスから炭酸ガスを除去するとともに水素を採集できる排出ガス中の炭酸ガス除去方法及び除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所及び焼却炉等は大量の炭酸ガス（ＣＯ2）を排出しており、ＣＯ2は温室効果のガスの一つとしてその削減が望まれている。
【０００３】
このようなＣＯ2を分離、回収する技術として化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法が実用化段階にあるとされている。
【０００４】
また、ＣＯ2を吸収水に溶解させて分離する方法については、特開２０１２−２５５３６７号に開示されており、吸収水として苛性ソーダ水溶液を使用することが開示されている。
【０００５】
また、ＣＯ2吸収材として固体の吸収材としてリチウム複合酸化物を用いることも公知である（特開２０１３−２２０９５３号）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２-２５５３６７号
【特許文献２】特開２０１３−２２０９５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１においては、苛性ソーダにＣＯ２を吸着させ炭酸ナトリウム水を生成することは、大量に排気ガスを処理できるが、炭酸ナトリウム水から効率よく水素を採集することについては開示されていないし、特許文献２の固体の吸着材は、大量の排気ガスの処理に適していな
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排気ガス中の炭酸ガス除去方法は、 燃焼装置からの排気ガスを苛性ソーダ水溶液と反応させて炭酸ナトリウム水溶液とし、この炭酸ナトリウム水溶液を加熱された反応炉内に供給してステンレス容器内でナトリウムを含むステンレス触媒に接触させて水素を発生させるようにした。
【０００９】
前記反応炉はＮｉを含むオーステナイト系のステンレス材からなり、前記ステンレス触媒は、ステンレス成分とナトリウム成分が結合したものであることが好ましい。
【００１０】
前記ナトリウム成分は、炭酸ナトリウム及び／又は水酸化ナトリウムから供給されることが好ましいい。
【００１１】
前記反応炉は、燃焼装置上に加熱温度を調節可能に設置されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の排気ガス中の排気ガス除去装置は、苛性ソーダ水が貯溜され、ＣＯ2を含む排気ガスが供給される水タンクと、この水タンクで生成された炭酸ナトリウム水が供給され加熱された反応炉とを有し、この反応炉はステンレスの容器と、このステンレスの容器内に収納され、ナトリウムを含むステンレス触媒とからなる排気ガス中の炭酸ガス除去装置。
【００１３】
前記ステンレス触媒のナトリウムは前記水タンクで生成された炭酸ナトリウム水から供給され、このナトリウムは反応炉の内壁、ステンレス粉末、ステンレス塊及びステンレス板のいずれか一つと結合してステンレス触媒を形成することが好ましい。
【００１４】
前記ステンレス触媒のナトリウムは予めステンレスの容器に供給された苛性ソーダから供給されるとともに、操作開始後は、炭酸ナトリウム水からも供給されることが好ましい。
【００１５】
前記反応炉は、ＳＵＳ３０４からなり、この反応炉は、排気ガスを排出する燃焼装置上に温度調節可能に設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼炉から発生する大量の排気ガスを大量に準備出来る苛性ソーダ水で炭酸ナトリウム水が生成でき、このナトリウム水をステンレスの容器からなる加熱された反応炉に注入すれば、その中に収納されたナトリウムを含むステンレス触媒で炭酸ナトリウムと水を分離して炭酸ナトリウムは炉内に捕捉されるとともに水から水素が採集され、大量に炭酸ガスを処理しながら水素を大量に採集でき、この水素を燃焼炉の燃料として使用すれば、排気ガス中の炭酸ガスの排出を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の概略構成図である。
【図２】苛性ソーダタンクを２個設けた場合の実施例図である。
【図３】反応炉の燃焼炉への取付状態説明図である。
【図４】ＣＯ2飽和状態のＮａＯＨ水溶液からの排気ガスの質量分析器による分析データである。
【図５】第１の方法により飽和炭酸ナトリウム水溶液を反応炉に供給した時の反応炉からの排気ガスの質量分析器により分析データである。
【図６】第２の方法により飽和炭酸ナトリウム水溶液を反応炉に供給した時の反応炉からの排気ガスの質量分析器により分析データである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。
【００１９】
図１において、本発明の排気ガス中の炭酸ガス除去装置Ｍにおいては、火力発電、ごみ焼却炉等の燃焼炉１から排出する排出ガスが、その熱風により蒸気を作る仕事場２を経て苛性ソーダタンク３に供給され、このタンク３内には、濃度が予め調整された苛性ソーダ水がパイプ４を介して供給される。前記タンク３の底部には、バブリング配管５が形成され、排気ガス中のＣＯ２は、
ＮａＯＨ＋ＣＯ2→Ｎａ2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ
の反応によりタンク３内において炭酸ナトリウムを生成する。ここで、Ｈ2Ｏから水素が採集されるとすると、ＣＯ2飽和炭酸ナトリウム水では、１モルの水素に対して１モルのＣＯ2が必要とされることとなる。この炭酸ナトリウムは水に溶解し透明の炭酸ナトリウム水を形成し、水に溶解しない排気ガス中の酸素（Ｏ2）と窒素（Ｎ2）はタンク３の上面に設けた排気筒６から大気中に排出される。排気ガス中のＣＯ2は、苛性ソーダ水にほぼ完全に捕捉され、ＣＯ2は空気（Ｎ2、Ｏ2）から分離される。
【００２０】
前記タンク３内の炭酸ナトリウム水はパイプ７を介して前記燃焼炉１上に設けた反応炉８中に供給され、ここで発生した水素Ｈ2は燃焼炉１に設けたハイブリッドバーナ９に送られる。このバーナ９にはＬＰＧも供給される。水素がバーナ９に供給されれば、その分だけＣＯ2ガスの量が減少する。
【００２１】
前記反応炉８は、図３に示すように、オーステナイト系のステンレス製（ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６）の円筒形の容器からなり、その一端にタンク３からの炭酸ナトリウム水を供給する供給パイプ１０と、生成された水素ガスＨ2を排出するための排出管１１が設けられ、反応炉８は、燃焼炉１の上面に対して上下に移動自在とされ、その加熱温度が調整される。前記反応炉８の両端面は上下動機構１２、１２によって支持され、各上下動機構１２においては、モータ１３によって回転軸１４が回転され、この回転軸１４の下端は、支持板１５によって螺合し、回転軸１４の回転により支持板１５が上下動する。
【００２２】
前記反応炉８内には、ナトリウム（Ｎａ）を含むステンレス触媒１６が収納されており、このステンレス触媒１６は、次の２つの方法により形成される。
【００２３】
Ａ．第１の方法
ステンレスとしては、ミクロンオーダー（例えば、７５μ）のステンレス粉又はステンレス板（小片）を収納し、反応炉８内にステンレス粉又は多数の小片のステンレス板が浸漬する量の炭酸ナトリウム水を供給し、１００℃以下の低温から徐々に５００℃程度にまで３〜４時間で温度を上昇せしめ、反応炉８の内壁に炭酸ナトリウムから供給されるナトリウムを含むステンレス成分酸化膜（ＮａxＦｅy（Ｃｒ）Ｏz）を生ぜしめるとともに、ステンレス粉末の周面、ステンレス板上にも同様の酸化膜を生ぜしめる。なお、Ｎｉ成分は酸化膜中には含まれていない。ステンレス氏分としてはＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系のものが好ましい。
【００２４】
また、ステンレス触媒１６上には、反応空間Ｓが設けられ、この反応空間Ｓには、ナトリウムとＦｅ、Ｃｒを含む微粒子が前記酸化膜表面から飛び出し、この微粒子が炭酸ナトリウム水の水成分の水素を採集し、炭酸ナトリウムと水成分の酸素とが炉中に取り込まれる。
【００２５】
Ｂ．第２の方法
反応炉内に炭酸ナトリウム水を供給する前に、ステンレス粉又は小片のステンレス板と、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）をステンレス成分の重量とほぼ同量供給し、反応炉８を５００℃程度迄加熱し、第１の方法と同成分の酸化膜を反応炉８の内壁及びステンレス触媒の周面に生ぜしめ、同様の微粒子を反応空間Ｓ内に充満させる。この操作の後に、タンク３から炭酸ナトリウム水を供給すると、同様の作用により炭酸ナトリウムと水成分内の酸素は炉内に取り込まれ水素が排出される。この場合には、ステンレス触媒には、当初の苛性ソーダと、後に供給される炭酸ナトリウム水の両方からナトリウム成分が供給されることとなる。
【００２６】
また、タンク３内に排気ガスを供給しつつ、炭酸ナトリウム水を逐次反応炉８に送り、タンク内の苛性ソーダ水の減少に伴い、逐次苛性ソーダ水をタンク３内に供給するが、図２に示すように、苛性ソーダタンク３を複数個設け、それぞれのタンク３に炭酸ガスの濃度を検出する濃度検出器２０を設け、１つのタンク３のＣＯ2が飽和したら、弁２１を切換えて他のタンク３に排気ガスを供給するようにしてもよい。この場合、１つのタンク３がＣＯ2の飽和前は、弁２２の操作により、反応炉８には炭酸ナトリウム水は供給されず、飽和に達した後に飽和ナトリウム水が反応炉８に供給される。
【００２７】
実験例
先ず、濃度１５％のＮａＯＨ水溶液を準備し、これを密閉容器内に収納し、炭酸ガスボンベよりＣＯ2ガスを密閉容器内のＮａＯＨ水溶液に１時間程度供給し、ＣＯ2ガスをＮａＯＨ水溶液に対して飽和状態にした時の密閉容器から排出される排出ガスを質量分析器で分析した時の質量比率を図４に示す。これによれば、密閉容器から出る排出ガスの約９１％はＣＯ2ガスであり、これ以上、ＣＯ2ガスはＮａＯＨ水溶液に溶融しない。すなわち、この水溶液は、ＣＯ2が飽和して生成された炭酸ナトリウム水溶液である。このＣＯ2飽和炭酸ナトリウム水溶液を密閉容器から取出し、第１の方法によって反応炉８に供給して生成された排気ガスの状態を図５に示し、第２の方法によって生成された排気ガスの状態を図６に示している。
【００２８】
なお、第１の方法において反応炉８内に供給された当初のＮａ2ＣＯ3水溶液は、５０％濃度のＮａＯＨ水溶液にＣＯ2ボンベからＣＯ2ガスを１時間程度供給して飽和させたものである。
【００２９】
図５、６によれば、第１、第２の方法によって飽和炭酸ナトリウム水溶液を反応炉８内に供給しても炭酸ガスは殆ど観察されず排気ガスの殆どは水素であり、反応炉８を通しても、ＣＯ2ガスは排気されることなく単に水素が採集されるだけであることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、多量の排気ガス中の炭酸ガスを処理できるので、火力発電又は廃棄物の焼却炉等の燃焼システムに応用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１…燃焼炉
３…苛性ソーダタンク
５…バブリング配管
８…反応炉
１０…ステンレス触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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