(57)【要約】【課題】本発明は、二酸化炭素を固形の水和物中に固定処理する新規な二酸化炭素処理方法、前記二酸化炭素処理方法によって得られた水和物、及び、前記水和物を燃焼処理する二酸化炭素再燃処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】  二酸化炭素をアルカリ性水溶液に接触させることによって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を溶存させる二酸化炭素吸収工程と、二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加することによって固形の水和物を生じさせる水和工程と、を実行することによって、二酸化炭素を前記水和物に固定処理する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を固定処理する二酸化炭素処理方法であって、
二酸化炭素をアルカリ性水溶液に接触させることによって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を溶存させる二酸化炭素吸収工程と、
二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加することによって固形の水和物を生じさせる水和工程と、
を実行することを特徴とする二酸化炭素処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の二酸化炭素処理方法において、
前記アルカリ性水溶液として、アルカノールアミンの水溶液、又はアルキルアミンの水溶液を用いる二酸化炭素処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の二酸化炭素処理方法において、
更に、前記アルカリ性水溶液に対し、ケイ酸塩を添加するケイ酸塩配合工程を実行する二酸化炭素処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二酸化炭素処理方法において、
更に、前記アルカリ性水溶液に対し、炭素鎖を有する化合物を添加するカーボン配合工程を実行する二酸化炭素処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の二酸化炭素処理方法によって得られたことを特徴とする水和物。
【請求項６】
請求項５に記載の水和物を、燃焼処理に供することを特徴とする二酸化炭素再燃処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を固定処理する二酸化炭素処理方法、前記二酸化炭素処理方法によって得られた水和物、及び、前記水和物を燃焼処理する二酸化炭素再燃処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化現象は、種々の要因によって引き起こされている現象であるが、人間の産業活動に伴って大気中に排出された二酸化炭素（ＣＯ２）などの温室効果ガスが大きな要因となっているとする説が主流となっている。そのため、二酸化炭素の排出量の削減が国際的な課題とされている。又、排出された二酸化炭素を回収する手段についても研究が進められている。
【０００３】
二酸化炭素を回収する手段としては、例えば、アミンなどのアルカリ性の水溶液に排気ガスを接触させて、前記水溶液中に二酸化炭素を溶存させる方法（化学吸着法）が開発されている。そして、この化学吸着法では、二酸化炭素を溶存させた水溶液を加熱処理することによって二酸化炭素を選択的に回収し、液化炭酸ガスの状態で地下に埋設するものとされている。
【０００４】
しかしながら、前記化学吸着法では、二酸化炭素を溶存させた水溶液から二酸化炭素を分離する際に消費される熱エネルギーが大きく、処理コストが高くなる。そのため、最近では、二酸化炭素をモノエタノールアミンの水溶液中に溶存させた後、前記水溶液中に水酸化カルシウムなどのカルシウム塩を添加することによって炭酸カルシウムを生成させ、もって、前記水溶液中に二酸化炭素を固定化する方法も開発されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２‐１３１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
即ち、前記特許文献１に記載の方法（二酸化炭素の固定化方法）は、二酸化炭素を炭酸カルシウムの形態で水溶液中に固定化するものである。そして、二酸化炭素が固定化された水溶液については、そのままの状態で保管に供したり、炭酸カルシウムを抽出してセメントとして再利用したりするものとされている。
【０００７】
しかしながら、二酸化炭素が固定化された水溶液をそのままの状態（液状）にて保管に供することは事実上困難である。又、二酸化炭素が固定化された水溶液から炭酸カルシウムを抽出するには、やはり抽出するためのエネルギーが必要となる。
【０００８】
本発明は、前記技術的課題を解決するために開発されたものであって、二酸化炭素を固形の水和物中に固定処理する新規な二酸化炭素処理方法、前記二酸化炭素処理方法によって得られた水和物、及び、前記水和物を燃焼処理する二酸化炭素再燃処理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】
【０００９】
本発明の二酸化炭素処理方法は、二酸化炭素を固定処理する二酸化炭素処理方法であって、二酸化炭素をアルカリ性水溶液に接触させることによって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を溶存させる二酸化炭素吸収工程と、二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加することによって固形の水和物を生じさせる水和工程と、を実行することを特徴とする（以下、「本発明処理方法」と称する。）。
【００１０】
本発明処理方法においては、前記アルカリ性水溶液として、炭素鎖を有するアミン系化合物の水溶液を用いることが好ましい態様となる。
【００１１】
本発明処理方法においては、更に、前記アルカリ性水溶液に対し、ケイ酸塩を添加するケイ酸塩配合工程を実行することが好ましい態様となる。
【００１２】
本発明処理方法においては、更に、前記アルカリ性水溶液に対し、炭素鎖を有する化合物を添加するカーボン配合工程を実行することが好ましい態様となる。
【００１３】
本発明の水和物は、本発明処理方法によって得られたことを特徴とする（以下、「本発明水和物」と称する。）。
【００１４】
本発明の二酸化炭素再燃処理方法は、本発明水和物を、燃焼処理に供することを特徴とする（以下、「本発明再燃処理方法」と称する。）。
【発明の効果】
【００１５】
前記本発明方法によれば、二酸化炭素を固形の水和物中に固定処理することができる。又、前記本発明方法によって得られた本発明水和物は、本発明再燃処理方法によって、燃料として利用することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
＜実施形態１＞
本発明処理方法では、二酸化炭素吸収工程と、水和工程と、を実行することによって、固形の本発明水和物を生じさせ、もって、二酸化炭素を固定処理する。
【００１８】
‐二酸化炭素吸収工程‐
前記二酸化炭素吸収工程では、二酸化炭素をアルカリ性水溶液に接触させることによって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を溶存させる。
【００１９】
本発明処理方法において、前記アルカリ性水溶液は、特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの強塩基を溶質とする水溶液や、アミン系化合物などの弱塩基を溶質とする水溶液のいずれを用いても良い。又、前記アルカリ性水溶液の塩基性は、ｐＨ１０〜１４の範囲内に調整することが好ましい。
【００２０】
この種のアルカリ性水溶液に、排気ガスなどを吹き込むことによって、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記アルカリ性水溶液中に溶存させ、もって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を取り込むことは、既に公知の手段となっている。例えば、ＲＮＨ２の化学式（Ｒ：アルキル基又はアルカノール基）からなるアミン系化合物を溶質とするアルカリ性水溶液中に二酸化炭素を導入すると、まず、アミン系化合物と二酸化炭素との結合形成反応（ＲＮＨ２＋ＣＯ２→ＲＮＨ２ＣＯ２）が起こり、続くプロトン脱離反応（ＲＮＨ２ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＲＮＨＣＯ２−＋Ｈ３Ｏ＋）によって、前記アルカリ性水溶液中に二酸化炭素が溶存する。二酸化炭素の溶存に伴い、前記アルカリ性水溶液のｐＨは、中性付近（例えば、ｐＨ７〜９）にシフトする。
【００２１】
‐水和工程‐
前記水和工程では、二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加することによって固形の水和物（本発明水和物）を生じさせる。
【００２２】
前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加すると、前記アルカリ性水溶液中の水と反応し、水酸化カルシウムが生成される（ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２）。即ち、水酸化カルシウムの生成に応じて、前記アルカリ性水溶液中の水が消費されるため、最終的に固形の本発明水和物が得られる。又、前記水和工程の実行により、前記アルカリ性水溶液に溶存している二酸化炭素（及び前記アルカリ性水溶液の溶質）は、前記本発明水和物中に包含された状態となる。
【００２３】
なお、前記アルカリ性水溶液に、酸化カルシウムを添加すると水和熱が生じるため、前記水和工程の実行の際に、前記アルカリ性水溶液の液温が上昇する傾向が確認されている。前記アルカリ性水溶液の液温が過度に上昇すると、前記アルカリ性水溶液に溶存している二酸化炭素が放出され易くなるため、本発明処理方法においては、前記アルカリ性水溶液の液温を７０℃以下に制御しながら、前記水和工程を実行することが好ましい。
【００２４】
‐本発明水和物‐
本発明処理方法の実行により、固形の本発明水和物が得られる。なお、本発明において「固形」とは、水分を多少含むスラリー状のものも含まれる。
【００２５】
そして、本発明水和物は、固形であることから、保管や輸送に供することが容易となる。又、本発明水和物は、本発明再燃処理方法により、燃焼処理に供することもできる。即ち、本発明水和物は、燃料（他の燃料と混合される場合を含む。）としての二次利用が可能となる。
【００２６】
なお、本発明再燃処理方法により、本発明水和物に包含されている二酸化炭素は、気体となって、排ガス中に含まれることになるが、係る排ガスに含まれる二酸化炭素ついても、本発明処理方法に供すれば、再度固定処理することができる。
【００２７】
ここで、本発明処理方法によって得られる本発明水和物を、本発明再燃処理方法に供する場合にあっては、前記アルカリ性水溶液として、炭素鎖を有するアミン系化合物の水溶液を用いることが好ましい。
【００２８】
即ち、前記アルカリ性水溶液として、炭素鎖を有するアミン系化合物の水溶液を用いて本発明方法を実行した場合、得られた本発明水和物には、炭素鎖を有するアミン系化合物が包含されることになる。
【００２９】
そして、アミン系化合物の炭素鎖は、本発明水和物を本発明再燃処理方法に供した際に発生する熱エネルギー（カロリー）を上昇させる因子となり、その結果、本発明水和物の燃料としての付加価値が向上する。
【００３０】
なお、この種の炭素鎖を有するアミン系化合物としては、例えば、アンモニアの水素基がアルキル基やアルカノール基によって置換されたアルキルアミン（モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン）や、アルカノールアミン（モノアルカノールアミン、ジアルカノールアミン、トリアルカノールアミン）を挙げることができる。
【００３１】
本発明処理方法においては、これらのアミン系化合物のうち、水に対する溶解度が比較的高いアルカノールアミンを用いることが好ましく、中でも、炭素鎖をより多く含むトリアルカノールアミンを用いることが好ましい。
【００３２】
＜実施形態２＞
‐ケイ酸塩配合工程‐
前述の如く、本発明処理方法においては、前記アルカリ性水溶液の液温を７０℃以下に制御しながら、前記水和工程を実行することが好ましい。
【００３３】
前記水和工程実行時における前記アルカリ性水溶液の液温を制御するにあたっては、水冷や空冷等の手段を用いても良いが、前記アルカリ性水溶液に対し、ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩を添加すれば、前記水和工程の実行時における前記アルカリ性水溶液の液温の上昇が抑制されることが確認されている。
【００３４】
従って、本発明処理方法においては、前記アルカリ性水溶液に対し、ケイ酸塩を添加するケイ酸塩配合工程を実行することが好ましい。前記ケイ酸塩配合工程を実行すれば、最終的に得られる本発明水和物の炭素含有量（即ち、固定される二酸化炭素の量）が高くなる。
【００３５】
なお、前記ケイ酸塩配合工程を実行するタイミングは、特に限定されるものではなく、前記二酸化炭素吸収工程の実行前や実行中に、前記アルカリ性水溶液にケイ酸塩を添加しても良いし、前記水和工程の実行前に、前記アルカリ性水溶液にケイ酸塩を添加しても良い。
【００３６】
又、前記ケイ酸塩の添加量については、前記水和工程実行時において発生する水和熱に応じて適宜決定すれば良く、特に限定されるものではないが、前記アルカリ性水溶液１０００ｇに対し、１〜３００ｇ（より好ましくは、２０〜１００ｇ）添加することが好ましい。
【００３７】
＜実施形態３＞
‐カーボン配合工程‐
前述の如く、本発明水和物は、本発明再燃処理方法により、燃焼処理に供することができる。又、本発明水和物を燃料として二次利用するにあたり、燃焼処理時に発生する熱エネルギーを上昇させ、もって燃料としての付加価値を向上させることが好ましい。
【００３８】
そこで、本発明処理方法においては、前記アルカリ性水溶液に対し、炭素鎖を有する化合物を添加するカーボン配合工程を実行することが好ましい。前記カーボン配合工程を実行すれば、本発明水和物中に炭素鎖を有する化合物が包含され、もって、本発明水和物の燃焼時における熱エネルギーを上昇させ得ることが確認されている。
【００３９】
ここで、炭素鎖を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、水に対する溶解度が高いアルコール（グリコールやグリセリンなどの多価アルコールを含む）や、アルキルアミンやアルカノールアミンなどのアミン系化合物を用いることが好ましい。
【００４０】
なお、前記カーボン配合工程を実行するタイミングは、特に限定されるものではなく、前記二酸化炭素吸収工程の実行前や実行中に、前記アルカリ性水溶液に炭素鎖を有する化合物を添加しても良いし、前記水和工程の実行前に、前記アルカリ性水溶液に炭素鎖を有する化合物を添加しても良い。
【００４１】
又、炭素鎖を有する化合物の添加量については、特に限定されるものではないが、前記アルカリ性水溶液１０００ｇに対し、１〜３００ｇ（より好ましくは、５〜１００ｇ）添加することが好ましい。
【００４２】
［実施例１〜６］
下記表１に記載の配合量にて、アルカリ性水溶液を作製し、各アルカリ性水溶液に６００ｇのドライアイスを３回にわたって投入することによって、各アルカリ性水溶液中に二酸化炭素を溶存させた。次いで、各アルカリ性溶液に酸化カルシウムを５０ｇ添加することによって、固形の本発明水和物を得た。
【００４３】
【表１】
2016079082.tif 000002
【００４４】
即ち、実施例１〜４は、アルカリ性水溶液に含まれる塩基成分（トリエタノールアミン）の配合量を変化させて、本発明処理方法（二酸化炭素吸収工程、及び、水和工程）を実行したものである。又、実施例５は、アルカリ性水溶液に、ケイ酸ナトリウムを加えることによって、ケイ酸塩配合工程を実行したものである。更に、実施例６は、アルカリ性水溶液に、ケイ酸ナトリウム、及びジエチレングリコールを加えることによって、ケイ酸塩配合工程及びカーボン配合工程を実行したものである。
【００４５】
各実施例について、二酸化炭素吸収工程の実行によるアルカリ性水溶液のｐＨの変化、及び、水和工程実行時におけるアルカリ性水溶液の液温を測定した結果を下記表２に示す。
【００４６】
又、各実施例において得られた本発明水和物を発熱量測定試験に供し、それぞれの発熱量（高位発熱量）をボンベ熱量計（ＩＫＡ製Ｃ５００）にて測定した結果も下記表２に示す。
【００４７】
【表２】
2016079082.tif 000003
【００４８】
表２に示す結果より、各実施例において得られた本発明水和物は、亜炭や泥炭に匹敵する発熱量を示すことが確認された。
【００４９】
又、実施例５、６では、ケイ酸塩配合工程の実行によって、水和工程実行時のアルカリ性水溶液の液温上昇が抑制されていることが確認された。これにより、実施例５、６によって得られた本発明水和物には、より多くの二酸化炭素が包含されているものと考えられる。
【００５０】
更に、実施例６において得られた本発明水和物は、実施例１において得られた本発明水和物と比較して、より高い発熱量を示していることが確認された。これは、カーボン配合工程によって、本発明水和物中に炭素鎖を有する化合物が包含され、もって、本発明水和物の発熱量を上昇させたものと考えられる。
【００５１】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、二酸化炭素を固定処理する手段として好適に用いることができる。