(57)【要約】【課題】本発明は、二酸化炭素を、発熱量を有する別の物質に変性させた状態で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処理液及び水和物、並びに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を、永久磁石又は電磁石による磁場に晒しながら、水素と接触させることによって処理溶液を得る水添工程と、を実行することによって、二酸化炭素を固定処理する。【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を、永久磁石又は電磁石による磁場に晒しながら、水素と接触させることによって処理溶液を得る水添工程と、
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、
水添工程実行時における前記アルカリ性水溶液につき、炭素鎖を有する化合物を含有させた状態と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、
前記水添工程実行時に、前記アルカリ性水溶液を電気分解する二酸化炭素処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二酸化炭素処理方法において、
前記水添工程実行後、前記処理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を更に実行する二酸化炭素処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の二酸化炭素処理方法において、
前記水和工程実行時における前記処理溶液につき、ケイ酸塩を含有させた状態とする二酸化炭素処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二酸化炭素処理方法の実行によって得られたことを特徴とする処理溶液。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の二酸化炭素処理方法の実行によって得られたことを特徴とする水和物。
【請求項９】
請求項８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燃焼処理方法。
【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処理液及び水和物、並びに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、様々な要因が重な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を大きな要因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二酸化炭素を接触させて、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。しかしながら、炭酸カルシウムは実質的な発熱量を有するものではない。そのため、前記特許文献１に記載の方法によって得られた処理物は、炭酸カルシウムを抽出してセメントとして再利用するくらいしか利用価値がない。
【０００７】
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、発熱量を有する別の物質に変性させた状態で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処理液及び水和物、並びに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】
【０００８】
前記技術的課題を解決する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を、永久磁石又は電磁石による磁場に晒しながら、水素と接触させることによって処理溶液を得る水添工程と、を実行することを特徴とする（以下、「本発明方法」と称する。）。
【０００９】
本発明方法においては、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ことが好ましい態様となる。
【００１０】
本発明方法においては、水添工程実行時における前記アルカリ性水溶液につき、炭素鎖を有する化合物を含有させた状態とすることが好ましい態様となる。
【００１１】
本発明方法においては、前記水添工程実行時に、前記アルカリ性水溶液を電気分解することが好ましい態様となる。
【００１２】
本発明方法においては、前記水添工程実行後、前記処理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を更に実行することが好ましい態様となる。
【００１３】
本発明方法においては、前記水和工程実行時における前記処理溶液につき、ケイ酸塩を含有させた状態とすることが好ましい態様となる。
【００１４】
本発明の処理溶液は、本発明方法の実行によって得られたことを特徴とする（以下、「本発明処理溶液」と称する。）。
【００１５】
本発明の水和物は、本発明方法の実行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。）。
【００１６】
本発明の二酸化炭素燃焼処理方法は、前記本発明水和物を、燃焼処理に供することを特徴とする（以下、「本発明燃焼処理方法」と称する。）。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二酸化炭素を、発熱量を有する別の物質に変性させた状態で固定処理することができる。又、固定処理された二酸化炭素を再度燃焼処理に供することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜実施形態１＞
本発明方法では、二酸化炭素吸収工程と、水添工程と、を実行することによって本発明処理液を得る。又、本発明水和物を得る場合にあっては、前記水添工程実行後、更に、水和工程を実行する
【００２０】
‐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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
この種のアルカリ性水溶液に、二酸化炭素を含むガス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。
【００２３】
‐水添工程‐
前記水添工程では、二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液を、永久磁石又は電磁石による磁場に晒しながら、水素と接触させることによって本発明処理溶液を得る。
【００２４】
本発明方法において、前記「永久磁石」とは、外部から磁場や電流の供給を受けることなく磁石としての性質を比較的長期にわたって保持し続ける物体のことを意味する。前記永久磁石としては、例えば、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、及びネオジウム磁石等を挙げることができる。
【００２５】
一方、前記「電磁石」とは、通電によって一時的な磁力を発生する機械要素を意味する。前記電磁石としては、磁性材料の芯のまわりにコイルが巻き回されてなり、前記コイルに通電されることによって磁力を発生させるものが好適に用いられる。
【００２６】
ところで、本発明において、「前記アルカリ性水溶液を、永久磁石又は電磁石（以下、「磁石等」と総称する。）による磁場に晒す」とは、前記アルカリ性水溶液を前記磁石等による磁場の影響下に置くことを意味する。
【００２７】
具体的には、例えば、前記磁石等を前記アルカリ性水溶液中に投入して前記磁石等と前記アルカリ性水溶液とを直接的に接触させたり、前記磁石等の磁界内に前記アルカリ性水溶液を配したり、前記磁石等にて磁化された強磁性体を前記アルカリ性水溶液に接触させたりすることによって、前記アルカリ性水溶液が前記磁石等による磁場に晒されるようにする。
【００２８】
又、本発明方法においては、前記水添工程の実行時に、前記アルカリ性水溶液を水素と接触させる。
【００２９】
前記アルカリ性水溶液を水素と接触させる手段としては、例えば、前記アルカリ性水溶液中に水素ガスを直接吹きこむ手段や、前記アルカリ性水溶液中にマグネシウムやカルシウムなどの金属を投入することによって、前記アルカリ性水溶液中で水素を発生させる手段等を挙げることができる。
【００３０】
ここで、二酸化炭素を溶存させた前記アルカリ性水溶液を磁場に晒しながら水素と接触させると、前記アルカリ性水溶液中に溶存している二酸化炭素の一部が、発熱量を有する別の物質に変性していることが確認されている。現在、この二酸化炭素の変性のメカニズムの詳細は明らかになっていないが、おそらく、磁場に晒された前記アルカリ性水溶液中の二酸化炭素が水素によって還元されて、メチレン（ＣＨ２）やメチン（ＣＨ）、或いはメトキシ（ＣＨ３Ｏ）などの活性物質となり、この活性物質が前記アルカリ性水溶液中に含まれる水や不純物などと結合反応を起こし、もって、発熱量を有する別の物質（以下、「可燃性物質」と称する。）が生成しているものと予想される。
【００３１】
なお、本発明方法においては、前記水添工程を実行するにあたり、前記アルカリ性水溶液に晒す磁場の強度、及び、磁場に晒す時間は特に限定されない。磁場の強度を強くしたり、磁場に晒す時間を長くしたりすれば、前記アルカリ性水溶液中に溶存されている二酸化炭素の変性が促進される傾向が確認されている。前記磁石等による磁場の強度は、１０ｍＴ以上（好ましくは１００ｍＴ以上）の磁束密度とすることが好ましく、磁場に前記アルカリ性水溶液を晒す時間としては、３０分以上（好ましくは１時間以上）とすることが好ましい態様となる。
【００３２】
又、本発明方法においては、前記水添工程の実行の際、前記アルカリ性水溶液を電気分解する（前記アルカリ性水溶液に二つの電極（陽極と陰極）を接触させ、電極間に電圧をかける）ことが好ましい。前記水添工程の実行の際に前記アルカリ性水溶液を電気分解すると、前記アルカリ性水溶液中に溶存されている二酸化炭素の変性がより促進されることが確認されている。なお、電気分解を実行するにあたっては、溶液抵抗を低減させるために、前記アルカリ性水溶液中に電解質（支持電解質）を溶解させることが好ましい。
【００３３】
‐本発明処理液‐
前記二酸化炭素吸収工程と、前記水添工程と、を実行する本発明方法により、アルカリ性水溶液中に溶存させた二酸化炭素の一部が前記可燃性物質として液中に固定処理されてなる本発明処理液を得ることができる。この本発明処理液は、例えば、水分を蒸発させることによって燃料としての利用も可能となる。
【００３４】
‐水和工程‐
前記水和工程では、前記本発明処理液に、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。
【００３５】
前記本発明処理液に酸化カルシウムを添加すると、前記本発明処理液中の水と反応し、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、前記本発明処理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、前記本発明処理液中に存する前記可燃性物質、前記本発明処理液中に溶存している二酸化炭素、及び前記本発明処理液の溶質は、前記本発明水和物中に包含された状態となる。
【００３６】
なお、前記水和工程の実行時に生じる水和熱によって、前記本発明処理液の液温が上昇する傾向が確認されている。前記本発明処理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、本発明法においては、前記水和工程の実行時に、本発明処理液の液温を７０℃以下に制御することが好ましい。
【００３７】
前記水和工程実行時における前記本発明処理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、前記本発明処理液に対し、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本発明処理液の液温の上昇が抑制されることが確認されている。
【００３８】
なお、前記ケイ酸塩を添加するタイミングは、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、前記水添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。
【００３９】
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、前記本発明処理液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。
【００４０】
‐本発明水和物‐
前記水和工程の実行により、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。
【００４１】
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。）としての利用が可能となる。
【００４２】
なお、本発明再燃処理方法により、再度二酸化炭素を含む排気ガスが発生することになるが、係る排気ガスに含まれる二酸化炭素については、本発明方法に供すれば、再度、固定処理することができる。
【００４３】
ところで、前記本発明水和物を燃料として利用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。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、得られた本発明処理液には、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。そして、アミン系化合物の炭素鎖は、本発明処理液を燃料として利用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る。
【００４４】
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。本発明方法においては、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。
【００４５】
又、前記本発明水和物を燃料として利用する場合にあっては、前記水添工程実行時における前記アルカリ性水溶液につき、炭素鎖を有する化合物を含有させた状態とすることが好ましい。前記アルカリ性水溶液に対して炭素鎖を有する化合物（以下、「カーボン類」と称する。）を添加すれば、前記本発明水和物を燃料として利用した際の熱エネルギーを上昇させることができる。
【００４６】
しかも、前記アルカリ性水溶液に対して前記カーボン類を添加すると、前記水添工程の実行の際に、還元された二酸化炭素が前記カーボン類と結合し、より多くの二酸化炭素が前記カーボン類を母体とする可燃性物質に変性することが確認されている。
【００４７】
なお、前記カーボン類としては、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）を用いることが好ましい。又、前記アルカリ性水溶液に対してカーボン類を添加するタイミングも、特に限定されない。前記二酸化炭素吸収工程の実行前や実行中に前記カーボン類を添加しても良いし、前記水添工程の実行前や実行中に前記カーボン類を添加しても良い。前記カーボン類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。
【００４８】
［実施例１］
‐アルカリ性水溶液‐
トリエタノールアミン１ｋｇを水１５ｋｇに溶解することによってアルカリ性水溶液を得た。
【００４９】
‐二酸化炭素吸収工程‐
前記アルカリ性水溶液に二酸化炭素ガスを２リットル／分の導入量で３０分間吹き込むことによって二酸化炭素を溶存させた。以下、この工程によって二酸化炭素を溶存させたアルカリ性水溶液を「一次溶液」と称する。
【００５０】
‐水添工程‐
前記一次溶液中に永久磁石（サマリウムコバルト）を投入することによって、前記一次溶液を磁場（２００ｍＴ）に晒した。この状態下、前記一次溶液中に金属マグネシウム粉末４５０ｇを投入し、前記一次溶液中で水素を発生させることによって、本発明処理液を得た（処理時間：２時間）。
【００５１】
‐水和工程‐
前記本発明処理液に、酸化カルシウムを２５０ｇ添加することによって、固形の本発明水和物を得た。
【００５２】
［実施例２］
前記実施例１において用いたアルカリ性水溶液中に、エチレングリコールを２００ｇ添加した以外は、前記実施例１と同様の工程を実行し、本発明水和物を得た。
【００５３】
［実施例３］
水添工程実行時に、一次溶液に食塩を３２０ｇ溶解させたうえで電気分解（印加電圧：２５Ｖ）した以外は、前記実施例２と同様の工程を実行し、本発明水和物を得た。
【００５４】
［実施例４］
前記水和工程の実行中に、ケイ酸ナトリウム（３号水ガラス）を一次溶液中に添加（５０ｇ）した以外は、前記実施例３と同様の工程を実行し、本発明水和物を得た。
【００５５】
［比較例１〜４］
前記実施例１〜４における二酸化炭素吸収工程の実行後により得られた一次溶液に、酸化カルシウムを２５０ｇ添加することによって、固形の水和物を得た。即ち、比較例１〜４では、水添工程を実行することなく水和物を得ている。
【００５６】
前記実施例１〜４において得られた本発明水和物、及び前記比較例１〜４において得られた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）にて測定した結果を下記表１に示す。
【００５７】
【表１】
2017007910.tif 000002
【００５８】
表１に示す結果より、実施例１から４において得られた本発明水和物は、水添工程を実行していな比較例１〜４において得られた水和物と比較して、明らかに発熱量が増加していることが確認された。
【００５９】
又、実施例１と実施例２の結果を対比すれば、エチレングリコールなどのカーボン類の添加によって、本発明水和物の発熱量が増加することが認められる。
【００６０】
更に、実施例２と実施例３の結果を対比すれば、水添工程時における電気分解によって、より多くの可燃性物質が生成していることが認められる。
【００６１】
加えて、実施例３と実施例４の結果を対比すれば、ケイ酸塩の添加によって水和工程時における液温の上昇が抑制されることが認められた。これにより、水和工程時における二酸化炭素の放出が抑制されるため、実施例４に係る本発明水和物には、より多くの二酸化炭素が固定されているものと予想される。
【００６２】
ところで、実施例２〜４において得られた本発明処理溶液をトータルイオンクロマトグラムにて分析したところ、いずれの処理液中にもジエチレングリコールモノメチルエーテルの存在が確認された。
【００６３】
ジエチレングリコールモノメチルエーテルは、メチルカルビトールとも称される有機化合物であり、エチレングリコール（ＥＧ）の二量体にメチル基が結合した構造（ＨＯ‐Ｅｔ‐Ｏ‐Ｅｔ‐ＯＭｅ）を有する。
【００６４】
このことを考察すると、水添工程の実行時に、２ＥＧ＋ＣＯ２＋Ｈ２→ＨＯ‐Ｅｔ‐Ｏ‐Ｅｔ‐ＯＭｅの反応が生じていることが予想される。即ち、水添工程の実行によって、二酸化炭素が還元されて活性物質となり、前記エチレングリコール二分子と結合することによって、ジエチレングリコールモノメチルエーテル（エチレングリコールを母体とする可燃性物質）に変性していると考えられる。
【００６５】
なお、実施例１において得られた本発明処理溶液についてもトータルイオンクロマトグラムにて分析したが、現段階において、実施例１において得られた本発明処理溶液中に存する可燃性物質を同定するまでに至っていない。但し、発熱量の増加を鑑みれば、水添工程の実行によって、二酸化炭素が何らかの可燃性物質に変性していることは明らかである。
【００６６】
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】
【００６７】
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。