(57)【要約】【課題】自然環境に害を与えることなく燃焼排ガスから汚染物質と温室効果ガスとを同時に除去する。【解決手段】本発明は、燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去する方法に関する。この方法は、ａ）燃焼排ガスを自然海水と逆流、並流又は直交流方向に任意の時間接触させて燃焼排ガスからＳＯ２を除去するステップと、ｂ）燃焼排ガスを処理アルカリ水と逆流、並流又は直交流方向で接触させて燃焼排ガスからＣＯ２及びＮＯＸを除去すると共に酸素及び炭素粒子を生成するステップと、ｃ）燃焼排ガスをステップｂ）の後に回収又は排出するステップと、を備える。また、燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去するシステムも提供する。本発明の方法及びシステムは、顕著に経済的かつ有益であり、自然環境に害を与えない。元素状炭素及び酸素が最終産物として生成され、これらはエネルギ源として回収可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去する方法であって、
ａ）前記燃焼排ガスを自然海水と逆流、並流又は直交流方向に任意の時間接触させて該燃焼排ガスからＳＯ２を除去するステップと、
ｂ）前記燃焼排ガスを処理アルカリ水と逆流、並流又は直交流方向に接触させて該燃焼排ガスからＣＯ２及びＮＯＸを除去すると共に酸素及び炭素粒子を生成するステップと、
ｃ）前記燃焼排ガスをステップｂ）の後に回収又は排出するステップと、を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記海水は、前記ステップａ）において前記燃焼排ガスと接触した後に６．０−７．５、好ましくは６．５−７．５のｐＨを有するように制御されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記海水は、前記ステップａ）において前記燃焼排ガスと１−９０秒間接触されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記燃焼排ガスは、前記ステップｂ）に入るときに７０℃以下になるように制御されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記処理アルカリ水は、アルカリ水発生器により調製され、このアルカリ水発生器に連結されたパイプラインを通って供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記処理アルカリ水は、海水、地下水、河川水、雨水、産業水及び脱イオン水から構成される群から選ばれる水源から電気的に調製されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記処理アルカリ水は、時変低周波電磁波処理を受け、
前記時変低周波電磁波処理は、変動低周波を有する電磁場を生み出す装置を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｂ）において生成された炭素粒子及び酸素を回収するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップａ）において前記燃焼排ガスと接触した後の前記海水は、前記ステップｂ）において該燃焼排ガスと接触した後の前記処理アルカリ水と混合され、
この混合物は、前記燃焼排ガスと接触してＳＯ２を除去するための水源として前記ステップａ）に再環流される又は次の処理無しに海へ直接に廃棄されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去するシステムであって、
前記燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを除去するために少なくとも２つの段を有するように構成された反応器と、
前記段の第１の段は、前記燃焼排ガスを導入して該燃焼排ガスを前記反応器の中を通って上方へと通過させるための第１のガス吸気口と、該燃焼排ガスからＳＯ２を除去するために逆流、並流又は直交流方向に該燃焼排ガスと接触させる自然海水を導入する少なくとも１つの第１の取水口と、を有し、
前記段の第２の段は、前記燃焼排ガスからＣＯ２及びＮＯＸを除去すると共に酸素及び炭素粒子を生み出すために、逆流、並流又は直交流方向に前記第１の段から上がってきた前記燃焼排ガスに対して処理アルカリ水を導入する少なくとも１つの第２の取水口を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
前記第１の段は、ＳＯ２の除去を増強するために更に１つ又は複数の補助段を有することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の段は、前記燃焼排ガスが前記第２の段に入る前に該燃焼排ガスの温度が７０℃以下になるように、該燃焼排ガスが任意の時間前記海水と接触することを許容する０．８−２ｍの高さを有することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記処理アルカリ水を電気的に調製するアルカリ水発生器と、このアルカリ水発生器と前記第２の段とを連結するパイプラインと、を有することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記処理アルカリ水が前記反応器の第２の段に導入される前に該処理アルカリ水に時変低周波電磁波処理を施すように、前記アルカリ水発生器と組み合わせられた時変低周波電磁波を生み出す装置を有することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記反応器の第２の段において生成された炭素粒子を回収する電気集塵装置を更に有することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記反応器は、更に前記第２の段の後に第３の段を有し、
この第３の段において、前記燃焼排ガス中に存在する炭素粒子を洗い流すために自然水が用いられ、
前記第３の段又は該第３の段の後に、最終排ガスを清浄にするために微水滴を除去するドリフト除去器又はデミスタが設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記反応器のすべての段は、１つの該反応器内に設けられている又は該反応器内において互いに並んで配置された分離容器として構築されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
二酸化炭素又は炭酸塩を基にした化合物が請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の方法によって処理されることを特徴とする炭素及び酸素の生成源としての二酸化炭素又は炭酸塩を基にした化合物の使用。
【請求項１９】
前記炭酸塩を基にした化合物は、重炭酸塩、炭酸塩、炭酸塩鉱物、石灰及びドロマイトから成る群より選択されることを特徴とする請求項１８に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質及び温室効果ガスを除去する方法及びシステムに関し、特に、吸着、分子結合解離を伴った単体生成反応（bond breaking end result alike reaction）及び時変低周波電磁波処理の複合効果により燃焼排ガスから汚染物質とＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスとを同時に除去する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
オンショア及びオフショア産業や陸・海・空輸送を含む多くの産業において、汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを含む燃焼排ガスは大抵発生し、このような燃焼排ガスは種々の環境機関及び国際組織により定められた放出基準に準じて処理される必要がある。
【０００３】
現在、燃焼排ガスからＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２を除去する規制措置は、以下のように議論されている。
【０００４】
ＳＯ２放出を低減するための現状における典型的な対策は、ＳＯ２が石油の燃焼により生じる場合には低硫黄燃料を使用することである。しかしながら、このような対策は、低硫黄燃料が高価であることや低硫黄燃料の可用性が課題となって進んでいない。石灰又は海水洗浄プロセスは、ＳＯ２が石炭の燃焼や他の燃焼プロセスにより生じる場合にＳＯ２放出を低減するために用いられる。しかしながら、石灰ＣａＯは、典型的には石灰石ＣａＣＯ３の加熱により得られ、この反応はＣＯ２を放出する。そのため、乾いた又は濡れた環境における石灰の使用は、ＣＯ２を生成させる。すなわち、ＳＯ２を除去するために石灰を用いるプロセスは、実は、ＣＯ２生成との交換である。ＳＯ２を除去するために海水洗浄プロセスを用いる場合には、ＳＯ２と水との反応により硫酸が生じる。その結果、典型的には洗浄水のｐＨが２−４となり、海を酸性化して海水中に通常存在する重炭酸塩や炭酸塩からＣＯ２が生成する。従って、上記プロセスはすべて、汚染物質であるＳＯ２を除去することはできるが、大気や海洋環境にとっては有害である。
【０００５】
ＮＯＸ放出を低減するために既に多くの低ＮＯＸエンジンや燃焼器が開発されている。これらの低ＮＯＸ燃焼装置はすべて、燃焼温度が低いので燃焼効率が低いという共通の欠点を有する。このような燃焼効率の低さは、より多くの燃料消費を必要とする、又はより多くのＣＯ２を放出する。また、ＮＯＸを除去するためには、尿素又はアミンを用いてＮＯＸを自然に優しいガスである窒素ガスに還元する選択触媒還元（ＳＣＲ）プロセス及び選択非触媒還元（ＳＮＣＲ）プロセスが知られている。しかしながら、触媒のパフォーマンスは、燃料油又は石炭中に存在する硫黄により影響され得る。石灰が用いられる洗浄プロセスにおいては、ＣａＳＯ４の生成も触媒表面を不活化し、そのためＮＯＸ除去が影響を受ける。
【０００６】
ＣＯ２の除去は、最近ではモノエタノールアミン（ＭＥＡ）のような化学物質によるＣＯ２捕捉により行われる。しかしながら、このようなプロセスは、ＣＯ２の保管という大きな課題を抱える。放出されるＣＯ２は毎年１兆トンオーダーであると考えられており、そのような膨大な量のＣＯ２ガスを保管することは多大なコストがかかると共に多くの課題を抱えている。また、化学的中和及び吸収の使用はＣＯ２除去の観点から提案されたものであって、これらのプロセスで出た最終産物の廃棄は解決されていない重要な課題である。従って、上記の方法は、ＣＯ２除去の解決策としては考えられない。
【０００７】
汚染物質及び温室効果ガスを除去する１つのシステム及びプロセスが、Sukeon AN及びOsami Nishidaによる日本誌「舶用ディーゼルエンジンの大気汚染コントロールにおける海水の電解」（JSME Int J Ser B (Jpn Soc Mech Eng) VOL.46; NO.1; ページ206-213(2003)）に提案されている。このプロセスは、洗浄にアルカリ性化学物質を用いる従来のプロセスと似ているが、既製のＮａＯＨを加えるのではなくＮａＯＨが海水の電解により生成される点において異なる。しかしながら、このプロセスは、国際海事機関（ＩＭＯ）のような多くの機関によって直接に排出することが許可されていない塩素ガス及び塩酸の生成を伴う。この文献に記載されたプロセスにおいては、ＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２を中和するために電気的に生成されたＮａＯＨが用いられる。このとき、ｐＨ３−５の酸性海水がＮＯをＮＯ２へ酸化するために生成され、生じたＮＯ２はＮａＯＨと反応して硝酸塩へと変換される。また、そのような低いｐＨレベルでは、海水中の炭酸塩及び重炭酸塩はＣＯ２を放出し、このＣＯ２の生成と引き替えにＳＯ２及びＮＯ２を減少させる。この際、ＣＯ２は吸収され、そして電解プロセスにおいて重炭酸塩及び炭酸塩に変換される。この日本の文献は、本質的にＳＯ２を硫酸塩、ＮＯＸを硝酸塩、そしてＣＯ２を重炭酸塩及び炭酸塩に変換することで３つのガスすべてを除去する。硫酸塩、硝酸塩、重炭酸塩及び炭酸塩産物は、海に廃棄される。ここで疑問が生じる。燃焼排ガス中に含まれるＮＯＸ含有量を考慮すると、仮に生成された硝酸塩がすべて海に廃棄されるとしたら、硝酸塩濃度はＩＭＯによって要求されている６０ｐｐｍの廃棄限界を超える。更に、ＣＯ２の重炭酸塩及び炭酸塩への変換は、海水のｐＨを１０まで増加させるために海水の電解を必要とし、この間にＯＨイオン含量は典型的には約１００ｐｐｍつまり海水１トン当たり１００グラムまで増加する。言い換えれば、ＣＯ２を１００％中和する場合、１トンのＣＯ２を中和するには約３８６キログラムつまり３８６，０００グラムのＯＨイオンが必要とされる。従って、電解により生成されるｐＨ１０のアルカリ性海水は３８６０トンにもなる。そのため、このようなＣＯ２を除去するためのプロセスは、膨大な量のアルカリ水及びエネルギを消費すると共に巨大な電解液槽を必要とするので、非実用的であることは明白である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスは、すべて燃焼排ガス中において生成及び混合されており、そしてこれらすべての物質は、燃焼排ガスを排気する前に取り除かれることが要求される。しかしながら、上記のプロセス及びシステムは、汚染物質及び温室効果ガスのうちの１つを除去しようとするものであるか、実用的な解決策ではない。仮にこれらすべてのガスが各々のプロセスにより同時に除去されるとすると、これら３つのガスの除去には３つの異なる処理プラントの導入が必要となる。そのため、必然的に、最終産物の保管及び廃棄の課題に加えて、高い資本コスト、３つの別々のプラントを建てるための広大な敷地、大きな保管スペース、そして高コストな試薬といった課題が生じる。
【０００９】
また、上述のプロセス及びシステムは、いずれもＣＯ２又は最終産物をエネルギ源として再利用するものではない上、ほう助技術であってエネルギ回収技術ではない。
【００１０】
本発明は、大気及び海洋環境に害を与えることなくそして最終産物の廃棄及び原材料の保管を考慮する必要なく、低コストで燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを除去することができる方法及びシステムを提供することを目的とする。また、本発明は最終産物を利用してエネルギを回収する方法及びシステムを提供し、このような方法及びシステムはいずれの先行技術参照文献にも教示及び提案されていない。
【００１１】
本発明は、上記の要求を満たすために開発され、自然環境に害を与えることなく燃焼排ガスから汚染物質と温室効果ガスとを同時に除去する方法及びシステムを提供することを主な目的とする。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、従来技術のプロセス及びシステムと比較して、より低コストかつ有益な燃焼排ガスから汚染物質と温室効果ガスとを同時に除去する方法及びシステムを提供することである。
【００１３】
本発明の更なる目的は、最終産物からエネルギを回収することができ、しかも燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを同時に除去する方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記及びその他の目的及び利点は、以下のステップから成る燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去する方法を提供することにより実現される。
ａ）燃焼排ガスからＳＯ２を除去するために、逆流、並流又は直交流方向において任意の時間燃焼排ガスと自然海水とを接触させ、
ｂ）燃焼排ガスからＣＯ２及びＮＯＸを除去すると共に酸素及び炭素粒子を生成させるために、逆流、並流又は直交流方向において燃焼排ガスと処理アルカリ水とを接触させ、そして、
ｃ）燃焼排ガスをステップｂ）の後に回収又は放出する。
【００１５】
本発明の１つの好ましい実施形態において、ステップａ）は、１−９０秒間海水を燃焼排ガスと接触させるように制御される。ステップａ）では、燃焼排ガスと接触した後の海水は、ｐＨが定められた廃棄管理限界を超えないように６．０から７．５のｐＨを有するように制御される。一方、ステップｂ）に入る燃焼排ガスは、その温度が７０℃以下になるように制御される。
【００１６】
本願で用いられる「処理アルカリ水」という語彙は、例えば、以下の段落に記載された方法に従って調製される。「処理アルカリ水」の詳細は、同時係属ＰＣＴ出願であるno. PCT/CN2009/070422に記述されており、その開示は本願ではそのまま参照文献として組み込まれている。
【００１７】
本発明の処理アルカリ水は、化学物質を含まない水道水、河川水、井戸水、海水及び産業排水から構成される群から選ばれた水源を利用するアルカリ水発生器により調製される。
【００１８】
特に、アルカリ水発生器は、水電解の原理、すなわち、電解タンク中に配置された２本の電極間に直流電流を流すことで機能する。電源の正極に繋がれた電極は「陽極電極」と呼ばれ、電源の負極に繋がれた電極は「陰極電極」と呼ばれる。電源がオンになると、陽イオン（Ｈ＋）が陰極電極の方に移動し、陰イオン（ＯＨ−）が陽極電極の方に移動する。一般に、陰極電極は水素を発生させ、これと同じ速度で陽極電極は炭水の場合は酸素を海水の場合は塩素を発生させるので、水のｐＨは変化しない。
【００１９】
アルカリ水を生成させるためには、水素発生による水素イオンの減少速度が、水中において過剰なＯＨ−イオンを生み出して水のｐＨレベルを上昇させるのに十分なほど速いことが求められる。これは電極の表面積を変化させたり、電極の電流密度を変化させたり及び／又は電極間にイオン隔膜を利用することで達成される。
【００２０】
電極の表面積は、電極の電荷密度に反比例することが知られている。本発明のアルカリ水発生器において、陰極電極の表面積が減少すると、この電極の電流密度が増加する。陰極電極の電流密度の増大は、水素発生をより速くする。このようにして水中の水素イオン（Ｈ＋）は減少し、高いｐＨを有する処理アルカリ水ができる。
【００２１】
処理アルカリ水のｐＨを増加させるもう１つの方法として、活性炭素のような導電性物質が本発明のアルカリ水発生器に添加される。この導電性物質の導電性により、導電性物質が陽極を取り囲むと陽極上での酸素又は塩素の発生が妨害される。その結果、処理アルカリ水のｐＨが上昇する。これとは別に、陰極付近における水のｐＨが増加するように、電極間にイオン膜又は非イオン性天然多孔質分離器又は隔膜を配置して、陽極へのＯＨ−移動を阻害してもよい。
【００２２】
処理アルカリ水は、好ましくは、海水、地下水、河川水、河口水、雨水、産業水及び脱イオン水から構成される群から選ばれる水源から電気的に調製される。
【００２３】
処理アルカリ水は、時変低周波電磁波処理を受けた場合、燃焼排ガスからの汚染物質及び温室効果ガスの除去を促進することが見いだされている。時変低周波電磁波処理の詳細は、同時係属ＰＣＴ出願であるno. PCT/SG2006/000218に記述されており、その開示は本願ではそのまま参照文献として組み込まれている。
【００２４】
ステップｂ）で生じた炭素粒子及び酸素の回収は、ステップｂ）の後に行われる。
【００２５】
必要であれば、上記方法のステップａ）及びステップｂ）は、１回から数回繰り返されてもよい。
【００２６】
本発明のもう１つの特徴は、燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを除去するシステムを提供することである。このシステムは、燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを除去するために少なくとも２つの段を持つように構成された反応器を有する。ここで、第１の段は、反応器の上方へ燃焼排ガスを導入するための第１の吸気口と、燃焼排ガスからＳＯ２を除去するために燃焼排ガスと逆流方向に接触する自然海水を導入する少なくとも１つの第１の取水口と、を含む。第２の段は、燃焼排ガスからＣＯ２及びＮＯＸを除去すると共に酸素及び炭素粒子を生み出すために、第１の段から上がってきた燃焼排ガスに対して逆流方向に処理アルカリ水を導入するための少なくとも１つの第２の取水口を含む。
【００２７】
海水と燃焼排ガスとの接触時間を適切に制御するために、ＳＯ２除去を増強する１つ又は複数の補助段が第１の段に加えられてもよい。第１の段は、一般に、第２の段に入る前に燃焼排ガスの温度が７０℃以下まで下がるように、任意の時間燃焼排ガスと海水とが接触する０．８ｍ−２ｍ好ましくは１ｍ−１．５ｍの高さに設定される。
【００２８】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、アルカリ水発生器が処理アルカリ水を電気的に調製するのに用いられる。この処理アルカリ水は、アルカリ水発生器と第２の段とを連結するパイプラインを通じて反応器の第２の段へと供給される。時変低周波電磁場を生み出す装置は、反応器の第２の段に導入される前に処理アルカリ水が時変低周波電磁波処理を受けるように、アルカリ水発生器と組み合わせて配置される。
【００２９】
反応器は、第３の段を有するように構成されてもよい。第３の段では、自然水が第２の段を通過した燃焼排ガス中に含まれる炭素粒子を流し出すのに用いられる。また、最終清浄ガスを生成させるために、微水滴を除去するドリフト除去器又はデミスタが第３の段又は第３の段の後に設けられてもよい。
【００３０】
本発明において、反応器のすべての段は、単一の反応器に設けられてもよいし、反応器内の分離容器として設けられてもよい。
【００３１】
先行技術のプロセス及びシステムに対して、本発明の方法及びシステムは３つすべてのガスを同時に除去することができるので、システムの大きさ及び投資コストを顕著に低減させる。本発明において、反応器の第２の段におけるガスは、主に各々の元素状態へと還元されるが、直接中和及び吸収反応も少ないながら起こる。更に、本発明で得られる廃棄水は生態系に影響を与えず、最終産物の廃棄や原材料の保管を考慮する必要がない。
【００３２】
本発明の最も大きな利点は、回収可能かつ燃焼に再利用可能である炭素元素や酸素といった元素産物を生成させることである。これにより、あらゆる炭素を基にした燃料と比較して、エネルギ生成効率が劇的に向上する。このようなエネルギ回収により、鉱物、石灰、ドロマイト又はこれらと同様のものといったすべての炭酸塩を基にした物質（海水や淡水中に存在する重炭酸塩及び炭酸塩も含む）は、エネルギ源として処理され得る。これらの物質の炭酸塩成分が酸処理によりＣＯ２へと変換されると、生成されたガス状ＣＯ２は反応器を通過して元素状炭素及び酸素に変換される。
【００３３】
本発明の目的、特徴、利点及び技術効果は、付随の図を参照して本発明の概念及び構成に関する以下の記述より明らかとなる。この図は、いかなる様式に本発明を限定するものではなく、ほんの一例として本発明を図示している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを除去する二段反応器を含むシステムの実施形態を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は好ましい実施形態で図示及び記述されているが、本発明は多くの異なる形態、大きさ、形状そして材料で生産されてもよい。
【００３６】
図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたシステムを示す。本実施形態においては、システムは２つの段を有する反応器１００を備える。しかしながら、本発明の範囲又は精神を逸脱しない限り、反応器中に更に多くの段を設けることも可能である。
【００３７】
図１に示すように、反応器１００は、その底部に配置された第１の段１２０と、この第１の段１２０の上に配置された第２の段１４０と、を備える。燃焼排ガス２００は、反応器１００の底部に配置された第１のガス吸気口１２２を介して第１の段１２０に入り、第２の段１４０を上方へと通り抜け、反応器１００の最上部にあるガス排気口１６２から排出される。
【００３８】
第１の段１２０は、少なくとも２つの本質的な機能を持つ。１つは吸収によるＳＯ２の除去であり、もう１つは第２の段のための燃焼排ガスの温度制御及び第１の段から廃棄される海水（以下、「洗浄水」と呼ぶ）のｐＨ制御である。第１の段を通過した燃焼排ガスの温度があまりにも高いと、第２の段の効率が影響を受ける。燃焼排ガスの温度が高い場合には第１の段に複数の補助段が設けられてもよいし、洗浄水の酸性度が高すぎる場合には第１の段の高さを低くしてもよい。
【００３９】
第１の段からの洗浄水１２６のｐＨは、典型的には６．０−７．５の範囲内（好ましくは６．５以上）であり、燃焼排ガスと自然海水との接触時間により調節され得る。接触時間が長すぎる場合には、洗浄水１２６のｐＨが酸性になりすぎて、その結果、法令で定められた廃棄管理限界を超える。従って、接触時間は、例えば、第１の段の高さを調整することによって制御される必要がある。１つの好ましい実施形態においては、接触時間は１−９０秒（好ましくは１５−６０秒）の間、そして第１の段１２０の高さは０．８ｍ−２ｍの間で制御される。第１の段の高さを制限することで仮にＳＯ２の除去が不十分となった場合には、１つ又は複数の補助段が接触時間を維持したまま加えられ得る。これにより、自然海水と燃焼排ガスとの接触時間を増加させることなくＳＯ２の除去が増大して、洗浄水１２６のｐＨが６．０−７．５の範囲内に維持される。
【００４０】
第１の段に入る燃焼排ガスは、典型的にはＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２を含む燃焼産物であり、１００℃−５００℃の温度を持つ。第１の段１２０は、海水タンク３００に保存された自然海水を第１の段に導入するための第１の取水口１２４を有する。第１の取水口１２４は、第１のガス吸気口１２２から上がってきた燃焼排ガスと接触するように海水を霧化して下向きに噴霧する螺旋状スクリーン型ノズルのような所望の霧パターンを与える選択されたノズル又は他の適切なノズルである。好ましい実施形態においては、第１の段１２０は１ｍ−１．５ｍの高さを有し、この高さは５００℃の燃焼排ガスの温度を７０℃以下に下げるのに十分な接触時間を与える。本実施形態においては、燃焼排ガスが逆流方向で自然海水と接触する。ここで、自然海水は、燃焼排ガスの流れに対して並流方向又は直交流方向に注入されてもよい。
【００４１】
ＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２の中ではＳＯ２が最も酸性強度が高いことが知られている。第１の段１２０を設けることで、上述のように洗浄水１２６のｐＨ及び第１の段における燃焼排ガスの温度を管理しつつ、燃焼排ガス中の大部分のＳＯ２が自然海水に吸収される。ここで、ＳＯ２は以下の反応により硫酸に変換される。
[化１]
ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４
【００４２】
第１の段からの洗浄水のｐＨが５以上に維持されている場合には、第２の段に向けて上方に向かう燃焼排ガスからほとんどＮＯＸ及びＣＯ２が除去されないことが見いだされている。第１の段において微量のＣＯ２が蒸発した水に溶け込むが、このようなＣＯ２は大気中に放出されるよりもむしろ第２の段へと輸送される。これにより、海水洗浄又は石灰を用いた通常のプロセスで見られるようなＳＯ２除去の間のＣＯ２放出が起こらなくなる。
【００４３】
その結果、自然海水がＳＯ２を吸収するのに用いられる反応器の第１の段１２０においてＳＯ２を約９８％除去することができた。
【００４４】
第２の段１４０は、燃焼排ガスからＮＯＸ及びＣＯ２を除去するように構成されている。第２の段１４０は、第１の段１２０と同様に、第２の段に処理アルカリ水を導入するための複数の第２の取水口１４４を備える。第２の取水口１４４は、様々なレベルで配置され、第２の段において処理アルカリ水を霧化して下向きに噴霧する螺旋状スクリーン型ノズルのような所望の霧パターンを与える選択されたノズル又は他の適切なノズルである。処理アルカリ水は、処理アルカリ水を電気的に調製する１つ又は複数のアルカリ水発生器５００が配置されたアルカリ海水タンク４００より供給される。本実施形態においては、燃焼排ガスは逆流方向で処理アルカリ水と接触する。なお、処理アルカリ水は、燃焼排ガスの流れに対して並流又は直交流方向に注入されてもよい。
【００４５】
上述のように、第２の段に入る燃焼排ガスの温度は低くあるべきで、７０℃以下であることが好ましい。この燃焼排ガスは、ＣＯ２及びＮＯＸを含み、ＳＯ２に関しては第１の段１２０において除去されているので微量のＳＯ２を含む又はＳＯ２を含まない。
【００４６】
驚くべきことに、時変低周波電磁波処理を施した処理アルカリ水は、ＣＯ２及びＮＯＸを除去する能力が顕著に増大することが観察された。従って、変動低周波を有する電磁場を生み出す装置６００は、処理アルカリ水を活性化するアルカリ水タンク４００に配設される。本実施形態においては、装置６００は、パイプ片に巻き付けられたコイルより構成される。このコイルは、装置周辺の水に時変低周波電磁波処理を施すことによって処理アルカリ水を調製するためにアルカリ水発生器５００から離れたパネルに連結されている。装置６００の詳細については、ＰＣＴ出願no. PCT/SG2006/000218を参照されたい。活性化された処理アルカリ水は、第１の段１２０から上がってきた燃焼排ガスと混合するように第２の取水口１４４より霧状ミストとして噴霧される。
【００４７】
第２の段において、ＮＯＸ及びＣＯ２ガスは、炭素粒子及び酸素を生成させるように徹底的に還元される。その結果、ＮＯ及びＮＯ２は９５％まで還元され得、ＣＯ２は８０％まで還元され得る。また、興味深いことに、ＮＯＸ及びＣＯ２体積百分率の減少は酸素体積百分率の増加を常に伴い、Ｏ２増加に対するＮＯＸ及びＣＯ２の減少比は約１：１．５であった。更に、大量の非常に純度の高い炭素粒子が、第２の段の洗浄水１４６中及び第２の段を通過した燃焼排ガス中に見られる。そのため、これら洗浄水１４６及び燃焼排ガスは、炭素粒子の存在により茶色く見える。
【００４８】
第２の段におけるもう１つの知見は、燃焼排ガスの温度低下が５℃以下であり、これにより処理アルカリ水の温度が０．２５℃以下増加するが、第２の段における水の実際の温度は約５℃増加することが検出された。これは、第２の段で起こる反応が発熱反応であることを示している。また、第２の段の洗浄水１４６中に溶解した硝酸塩及び亜硝酸塩は３ｐｐｍ以下である。
【００４９】
上記結果より、第２の段における反応は、少量の酸−塩基中和反応に付随した分子結合解離を伴った単体生成反応であると見られる。すなわち、第２の段における主な化学反応は、以下のように起こる。
[化２]
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＣＯ３
ＣＯ２→Ｃ＋Ｏ２
ＮＯｘ＋Ｈ２Ｏ→ＨＮＯ３
ＮＯｘ→Ｎ２＋Ｏ２
【００５０】
ここで、「分子結合解離を伴った単体生成反応」という語彙は、ＣＯ２を元素状炭素及び酸素へ還元する副反応を有する反応を指す。
【００５１】
本発明の好ましい実施形態においては、１００キログラムのＣＯ２の除去するのに１２トンのｐＨ９．５−１０の処理アルカリ水が必要となる。約９．６のｐＨを有する処理アルカリ水を用いた場合には、第２の段１４０の洗浄水１４６のｐＨは約９となる。この洗浄水の総アルカリ度は、第２の段１４０に導入された処理アルカリ水のアルカリ度と実質的に同一であり、海水のアルカリ度と非常に近い。第２の段１４０からの洗浄水１４６は、第１の段１２０からのやや酸性の洗浄水１２６と混ぜ合わされて、典型的には８又はそれ以上のｐＨを有する水として排出される。上述のように、第２の段の洗浄水１４６中における硝酸塩及び亜硝酸塩は３ｐｐｍ以下である。従って、本発明の排水は、生態系に影響を与えず、そしてポリ芳香族炭化水素ＰＡＨに課せられた１ｐｐｂ以下という廃棄要件を満たす。従って、本発明の排水１６６は、直接に廃棄することができる。また、第１の段の洗浄水１２６と第２の段の洗浄水１４６との混合物は、ＳＯ２を除去するために燃焼排ガスと接触させる水１５６としてステップａ）に再環流させることも可能である。これにより、海水タンク３００から第１の段へ自然海水をポンプでくみ上げるのに必要とされるエネルギを節約することができる。
【００５２】
第２の段の洗浄水に殆ど硝酸塩が見られないこと、そして第２の段で処理したあとの洗浄水及び燃焼排ガスに多くの微粒子炭素が見られることから、本発明が中和ではなく分子結合解離を伴った単体生成反応によりＮＯＸ及びＣＯ２を取り除くことを特徴とするのは明らかである。
【００５３】
ＮＯＸを除去する通常の中和過程で最も難しいことは、ＮＯを除去することである。ＮＯは、アルカリを用いた中和により硝酸塩を生成させるためにＮＯ２そして更にはＮ２Ｏ５へと酸化される必要がある。一方、本発明によれば、時変低周波電磁波処理により活性化された処理アルカリ水だけが燃焼排ガスと接触するように反応器の第２の段に導入され、そして洗浄水１４６は約９のｐＨを有する。これは、第２の段が完全にアルカリ環境であることを示している。この場合、ＮＯの酸化は起こり得ない。すなわち、本発明において、中和反応は、燃焼排ガス中に存在するＮＯ及びＮＯ２ガスの除去に利用されない。
【００５４】
通常の中和過程においては、例えば、ＣＯ２を除去するのにＮａＯＨを用いるので、大量のＮａＯＨが必要とされると共に最終産物の廃棄も課題となる。一方、本発明によれば、ＣＯ２ガスの大部分は分子結合解離を伴った単体生成反応により元素状炭素及び酸素に変換され、ＣＯ２の一部は処理アルカリ水により吸収される。その結果、本発明では、化学物質を用いず、更に最終産物の廃棄も存在しない。処理アルカリ水によるＣＯ２の吸収は洗浄水１４６中に重炭酸塩及び炭酸塩を与え、その量は通常の中和過程において生成される重炭酸塩及び炭酸塩の量よりもずっと少ない。より重要なことは、本発明の最終産物である炭素及び酸素は回収可能なことである。例えば、洗浄水中の炭素粒子は濾過回収され得、ガス中の微粒子炭素は電気集塵装置により回収され得る。
【００５５】
第２の段において生成した炭素粒子及び酸素の回収をより便利にするために、反応器の第２の段１４０のあとに第３の段（不図示）を加えてもよい。この第３の段は、燃焼排ガス中の残存ＳＯ２を除去するのにも利用され得る。特に、第３の段は、第２の段１４０から上がってきた燃焼排ガスから物理的接触動作によって炭素粒子を洗い流すために、自然水を受け入れるように構成されていてもよい。その後、一部の炭素粒子を含む第３の段で生じた洗浄水は、第２の段１４０からの洗浄水１４６と混合され、次いで、その混合された洗浄水は炭素粒子を回収するために濾過される。
【００５６】
反応器の３つの段は、図１に示すように１つの反応器に設けられる。また、これらの段として、互いに並んで配置され各々に特定の段又は段グループが設けられた分離容器が用いられてもよい。また、１つの容器に１つの段を設け、もう１つの容器に複数の段を設けてもよい。更に、ガス排気口１６２から排出される最終ガスを清浄にするために、第３の段又は第３の段の後に微水滴を除去するドリフト除去器又はデミスタを設けてもよい。
【００５７】
本発明によれば、反応器の第１の段１２０は非常に弱い酸性環境にあるが、反応器は概してアルカリ環境にある。そのため、本発明の反応器１００を製造する際に、高い耐食性を有する高価な材料を用いる必要がない。その代わり、反応器１００は通常の軟鋼のようなずっと廉価な材料で製造することができ、これにより反応器の製造コストを大幅に下げることができる。
【００５８】
上述のように、ＣＯ２の除去は、酸素及び微粒子炭素の発生を伴う。本発明の方法を基にすれば、自然に発生したＣＯ２ガス又は化学的に生成されたＣＯ２ガス若しくは鉱物、石灰岩、ドロマイト又はこれらと同様のものといった炭酸塩を基にした化合物は、酸素及び炭素を回収するためのエネルギ源として用いることができる。例えば、炭酸塩鉱物をエネルギ源として用いた場合には、海水は膜のような分離器により電解される。電解により生成された酸は、炭酸塩鉱物を処理してＣＯ２を発生させるのに利用でき、その後、ＣＯ２は本発明の方法により処理されて炭素及び酸素が回収される。更に、アミン法のようなＣＯ２捕捉法により濃縮されたＣＯ２が得られる場合には、本発明の方法により多くの炭素及び酸素が得られる。
【００５９】
（実施例）
様々な試験において、図１に示されるシステムが以下の条件において燃焼排ガスを処理するのに用いられる。
タワー高さ：７−１１ｍ
第１の段の高さ：約１ｍ
燃焼排ガスと水との接触時間：２５秒−１分
海水圧：２−８バール
処理アルカリ水のｐＨ：９．５−１０
燃焼排ガス中に存在する成分濃度：ＳＯ２：１０−２０００ｐｐｍ、ＮＯＸ：０−１０００ｐｐｍ、ＣＯ２：体積で２−７％
燃焼排ガスの温度：１００−３００℃
燃焼排ガスの流速：約５００−２５００ｍ３／ｈ
自然海水の流速：約１０−２５ｍ３／ｈ
処理アルカリ水の流速：約５−２５ｍ３／ｈ
【００６０】
試験結果は、ＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２の除去がそれぞれ８０％−１００％、６０％−８０％及び２０−６０％であることを示した。
【００６１】
このように、本発明は、燃焼排ガスから汚染物質及びＳＯ２、ＮＯＸ及びＣＯ２といった温室効果ガスを効率良く除去する方法及びシステムを提供する。本発明は、顕著に経済的かつ有益であって自然環境に悪影響を与えない。先行技術のプロセスやシステムと比較すると、本発明は、元素状炭素及び酸素を最終産物として生成すると共に、これらをエネルギ源として回収可能であるという新規かつ他に存在しない特徴を有する。本発明は、ＣＯ２捕捉技術に付随する保管に関する課題を解決するだけでなく、以前のプロセスにおいて必要とされた化学物質を使用する必要性及び最終産物を廃棄する必要性を排除する。
【００６２】
いくつかの好ましい実施例に従って本発明の特性を詳述したが、本発明は、本実施例及び図面の構成及び機能に限定されない。本発明は、その基本原理を変更、変化又は修正しない範囲で細部を変形してもよい。本発明の範囲から逸脱することなく当業者の知識を用いて簡単に得ることができる本発明の種々の変更及び修正は、本発明の範囲に含まれる。
【図１】
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