JP2024106903A - Desulfurization method and desulfurization system circulating and using carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、脱硫方法及び脱硫システムに関する。 This disclosure relates to a desulfurization method and a desulfurization system.
大気汚染の要因となる硫黄酸化物(以下、「SOx」ともいう)の発生を抑制する方法として、脱硫剤を用いて燃焼排ガスからSOxを除去する、乾式法及び湿式法等の各種脱硫法が提案されている。
例えば、特許文献1には、石炭を燃料とし、石灰石を脱硫剤として、燃焼装置で燃焼する、乾式炉内脱硫法に関する技術について開示されている。
また、特許文献2には、燃焼排ガスを石灰石粉末の水スラリーに接触させて燃焼排ガス中のSOxを吸収させ、石膏にして回収する、湿式石灰-石膏法に関する技術について開示されている。
As a method for suppressing the generation of sulfur oxides (hereinafter also referred to as "SOx"), which are a cause of air pollution, various desulfurization methods, such as a dry method and a wet method, have been proposed in which SOx is removed from combustion exhaust gas using a desulfurizing agent.
For example, Patent Document 1 discloses a technique relating to a dry furnace desulfurization method in which coal is used as fuel and limestone is used as a desulfurization agent and is burned in a combustion device.
Furthermore, Patent Document 2 discloses a technique relating to a wet lime-gypsum process in which the combustion exhaust gas is brought into contact with a water slurry of limestone powder to absorb SOx in the combustion exhaust gas, and the SOx is converted into gypsum and recovered.
ところで、地球温暖化の原因物質と言われている温室効果ガスの中でも、特に影響が大きいのが二酸化炭素であり、大気中の二酸化炭素濃度の増大を防止することが地球温暖化抑制手段の1つとなりうる。
そこで、上記のような脱硫法について、地球温暖化抑制の観点から、二酸化炭素の排出量を削減する新たな手法の創出が望まれる。
Among greenhouse gases that are said to be the cause of global warming, carbon dioxide has a particularly large impact, and preventing an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere could be one means of suppressing global warming.
Therefore, from the perspective of curbing global warming, it is desirable to develop a new method for reducing carbon dioxide emissions from the above-mentioned desulfurization methods.
本開示は、かかる要望に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素の排出量を削減することのできる、脱硫方法及び脱硫システムを提供することを課題とする。 This disclosure was made in response to such demand, and aims to provide a desulfurization method and desulfurization system that can reduce carbon dioxide emissions.
本開示によれば、下記[1]~[4]が提供される。
[1] 炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する脱硫方法であって、
前記脱硫剤の少なくとも一部として、前記脱硫方法を採用している施設から排出される脱硫済みの排ガス(C)中の二酸化炭素の原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を利用し、
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)の存在下で、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンとを接触させる製造方法であって、前記アミン化合物(A)に起因する前記カルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を、前記排ガス(C)を利用して抑制する工程(S)を含む製造方法により製造される、脱硫方法。
[2] 炭酸カルシウムを脱硫剤として利用した脱硫方法を実施するための脱硫システムであって、
前記脱硫方法を採用している施設から排出される脱硫済みの排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システムと、前記製造システムにより製造される前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を前記施設において利用される前記脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置とを備え、
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、前記排ガス(C)とを接触させて、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する第一の接触部(P1-1)、
前記アミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる第二の接触部(P1-2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)
を備える、脱硫システム。
[3] 炭酸カルシウムを脱硫剤として利用した脱硫方法を実施するための脱硫システムであって、
前記脱硫方法を採用している施設から排出される排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システムと、前記製造システムにより製造される前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を前記施設において利用される前記脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置とを備え、
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)とを同時に接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる接触部(P2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)
を備える、脱硫システム。
[4] 炭酸カルシウムを脱硫剤として利用した脱硫方法を実施するための脱硫システムであって、
前記脱硫方法を採用している施設から排出される脱硫済みの排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システムと、前記製造システムにより製造される前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を前記施設において利用される前記脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置とを備え、
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)を調製する第一の接触部(P3-1)、
混合液(AB)と、前記排ガス(C)とを接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる第二の接触部(P3-2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)、
を備える、脱硫システム。
According to the present disclosure, the following [1] to [4] are provided.
[1] A desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent, comprising the steps of:
As at least a part of the desulfurization agent, flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced as a raw material for carbon dioxide in desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method is used,
The exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is
A desulfurization method comprising contacting a calcium ion-containing aqueous solution (B) with carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) in the presence of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in living organisms, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, the method including a step (S) of suppressing a pH increase in the calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by the amine compound (A) by utilizing the exhaust gas (C).
[2] A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent,
a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide in a desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method as a raw material; and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a first contacting portion (P1-1) for contacting the exhaust gas (C) with an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, to prepare an amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C);
a second contact section (P1-2) for contacting the aqueous amine solution (A2) with a calcium ion-containing aqueous solution (B) to precipitate the exhaust gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
[3] A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent,
a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide in flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method as a raw material; and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a contacting section (P2) for simultaneously contacting one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines with a calcium ion-containing aqueous solution (B) and the exhaust gas (C) to precipitate the exhaust gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
[4] A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent,
a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide in a desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method as a raw material; and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a first contact portion (P3-1) for preparing a mixed solution (AB) of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, and a calcium ion-containing aqueous solution (B);
a second contact section (P3-2) for contacting the mixed liquid (AB) with the flue gas (C) to precipitate the flue gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the flue gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
本開示によれば、二酸化炭素の排出量を削減することのできる、脱硫方法及び脱硫システムを提供することが可能となる。 This disclosure makes it possible to provide a desulfurization method and desulfurization system that can reduce carbon dioxide emissions.
本明細書に記載された数値範囲の上限値および下限値は任意に組み合わせることができる。例えば、数値範囲として「A~B」及び「C~D」が記載されている場合、「A~D」及び「C~B」の数値範囲も、本開示の範囲に含まれる。
また、本明細書に記載された数値範囲「下限値~上限値」は、特に断りのない限り、下限値以上、上限値以下であることを意味する。
さらに、本明細書に記載された「アミン」及び「ポリアミン」は、特に断りのない限り、生体内で合成されるアミン及び人工的に合成されるアミンから選択されるアミンを意味する。
The upper and lower limit values of the numerical ranges described in this specification can be combined in any manner. For example, when numerical ranges "A to B" and "C to D" are described, the numerical ranges "A to D" and "C to B" are also included in the scope of the present disclosure.
In addition, unless otherwise specified, a numerical range of "lower limit value to upper limit value" described in this specification means not less than the lower limit value and not more than the upper limit value.
Furthermore, the terms "amine" and "polyamine" used herein mean, unless otherwise specified, amines selected from amines synthesized in vivo and amines synthesized artificially.
[本実施形態の脱硫方法及び脱硫システム]
本実施形態の脱硫方法は、炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する脱硫方法であって、脱硫剤の少なくとも一部として、当該脱硫方法を採用している施設から排出される脱硫済みの排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を利用するようにしている。
そして、排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)の存在下で、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンとを接触させる製造方法であって、前記アミン化合物(A)に起因する前記カルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を、前記排ガス(C)を利用して抑制する工程(S)を含む製造方法により製造される。
[Desulfurization method and desulfurization system according to the present embodiment]
The desulfurization method of the present embodiment is a desulfurization method that utilizes calcium carbonate as a desulfurization agent, and utilizes, as at least a part of the desulfurization agent, flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide contained in desulfurized flue gas (C) discharged from a facility that employs the desulfurization method as a raw material.
The exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is produced by a production method which comprises contacting a calcium ion-containing aqueous solution (B) with carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) in the presence of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in living organisms, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, and which includes a step (S) of suppressing a pH increase in the calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by the amine compound (A) by utilizing the exhaust gas (C).
また、本実施形態の脱硫システムの一例を図1に示す。
図1に示す脱硫システムZ1は、炭酸カルシウムを脱硫剤として利用した脱硫方法を実施するための脱硫システムであって、当該脱硫方法を採用している施設Z11から排出される排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システム1と、製造システム1により製造される排ガス由来炭酸カルシウム(X)を施設Z11において利用される脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置Z21とを備える。
Moreover, an example of a desulfurization system according to this embodiment is shown in FIG.
The desulfurization system Z1 shown in FIG. 1 is a desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent, and includes a production system 1 that produces flue-gas-derived calcium carbonate (X) using carbon dioxide in flue gas (C) discharged from a facility Z11 that employs the desulfurization method as a raw material, and a supply device Z21 that supplies the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system 1 as at least a part of the desulfurization agent used in the facility Z11.
つまり、本実施形態の脱硫方法及び脱硫システムは、炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する従来の脱硫方法を採用している施設に、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造するための製造方法又は製造システムが付加されている。そして、脱硫剤の少なくとも一部として、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を利用することで、排ガス(C)中の二酸化炭素を循環利用して、二酸化炭素の排出量を削減するようにしている。
炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する従来の脱硫方法を採用している施設としては、例えば、火力発電所等の化石燃料等を燃焼する施設が代表的な施設として挙げられるが、これに限定されるものではなく、紙製造工場、セメント製造工場、石油精製工場、廃棄物焼却炉等の施設も挙げられる。
That is, in the desulfurization method and desulfurization system of the present embodiment, a manufacturing method or system for manufacturing flue-gas-derived calcium carbonate (X) is added to a facility employing a conventional desulfurization method that uses calcium carbonate as a desulfurization agent. By using the flue-gas-derived calcium carbonate (X) as at least a part of the desulfurization agent, the carbon dioxide in the flue gas (C) is recycled and the amount of carbon dioxide emission is reduced.
Representative examples of facilities that employ a conventional desulfurization method that utilizes calcium carbonate as a desulfurization agent include facilities that burn fossil fuels, such as thermal power plants, but are not limited thereto. Examples of such facilities include paper manufacturing plants, cement manufacturing plants, oil refineries, and waste incinerators.
なお、排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、脱硫剤の少なくとも一部として利用すればよく、脱硫方法及び脱硫システムに利用される脱硫剤の全量基準で、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%~100質量%である。なお、二酸化炭素の排出量をより大きく削減する観点から、脱硫方法及び脱硫システムに利用される脱硫剤の排ガス由来炭酸カルシウム(X)の置換量を増加させることが好ましい。 The exhaust gas-derived calcium carbonate (X) may be used as at least a part of the desulfurization agent, and is preferably 1 mass% or more, more preferably 5 mass% or more, and even more preferably 10 mass% to 100 mass% of the total amount of the desulfurization agent used in the desulfurization method and desulfurization system. From the viewpoint of further reducing carbon dioxide emissions, it is preferable to increase the replacement amount of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) in the desulfurization agent used in the desulfurization method and desulfurization system.
<炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する脱硫方法>
炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する脱硫方法は、特に制限されないが、例えば乾式炉内脱硫法及び湿式石灰-石膏法等が挙げられる。
<Desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent>
The desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent is not particularly limited, but examples thereof include a dry furnace desulfurization method and a wet lime-gypsum method.
(乾式炉内脱硫法)
乾式炉内脱硫法では、石炭等の含硫黄燃料と脱硫剤である石灰石(炭酸カルシウム)とを燃焼炉に供給し、燃焼させる。これにより、含硫黄燃料の燃焼によって生じたSOxが脱硫剤と反応し、硫黄分濃度が低減された排ガス(C)が排出される。当該排ガス(C)には二酸化炭素が含まれる。本実施形態では当該二酸化炭素を排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成に用いるようにしている。これにより、排ガス(C)中の二酸化炭素を循環利用して、二酸化炭素の排出量を削減するようにしている。
(Dry furnace desulfurization method)
In the dry furnace desulfurization method, sulfur-containing fuel such as coal and limestone (calcium carbonate) as a desulfurizing agent are supplied to a combustion furnace and combusted. As a result, SOx generated by the combustion of the sulfur-containing fuel reacts with the desulfurizing agent, and exhaust gas (C) with a reduced sulfur concentration is discharged. The exhaust gas (C) contains carbon dioxide. In this embodiment, the carbon dioxide is used to generate exhaust-gas-derived calcium carbonate (X). As a result, the carbon dioxide in the exhaust gas (C) is recycled and reused, reducing the amount of carbon dioxide emissions.
図2に、乾式炉内脱硫法を利用した本実施形態の脱硫システムの実施形態の一例を示す。図2に示す脱硫システムZ1aは、燃焼装置Z11aと、燃焼装置Z11aから排出される排ガス(C)に含まれる二酸化炭素を原料として排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システム1と、製造システム1により製造される排ガス由来炭酸カルシウム(X)を燃焼装置Z11aにおいて利用される脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置Z21とを備える。
燃焼装置Z11aは、特に制限されず、乾式炉内脱硫法において一般的に採用される燃焼装置(例えば流動床ボイラー等)を適宜採用することができる。
なお、図示省略するが、燃焼装置Z11aの後段には、脱硝装置、集塵装置、及び熱交換器等から選択される1種以上を備えるようにし、燃焼装置Z11aから排出される排ガス(C)に対し、脱硝処理、集塵処理、及び熱交換処理(冷却処理)から選択される1種以上の処理を施すようにしてもよい。
An example of an embodiment of a desulfurization system of the present embodiment using a dry furnace desulfurization method is shown in Fig. 2. The desulfurization system Z1a shown in Fig. 2 includes a combustion device Z11a, a production system 1 that produces exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) using carbon dioxide contained in an exhaust gas (C) discharged from the combustion device Z11a as a raw material, and a supply device Z21 that supplies the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system 1 as at least a part of a desulfurization agent used in the combustion device Z11a.
The combustion device Z11a is not particularly limited, and any combustion device (e.g., a fluidized bed boiler, etc.) that is generally used in the dry furnace desulfurization method can be appropriately used.
Although not shown, the downstream of the combustion apparatus Z11a may be provided with one or more devices selected from a denitration device, a dust collection device, a heat exchanger, etc., and the exhaust gas (C) discharged from the combustion apparatus Z11a may be subjected to one or more processes selected from a denitration process, a dust collection process, and a heat exchange process (cooling process).
(湿式石灰-石膏法)
湿式石灰-石膏法では、石炭等の含硫黄燃料を燃焼する燃焼装置から排出される燃焼排ガスを、石灰石粉末の水スラリーに接触させて燃焼排ガス中のSOxを吸収させ、石膏にして回収する。これにより、含硫黄燃料の燃焼によって生じたSOxが脱硫剤と反応し、硫黄分濃度が低減された排ガス(C)が排出される。当該排ガス(C)には二酸化炭素が含まれる。本実施形態では当該二酸化炭素を排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成に用いるようにしている。これにより、排ガス(C)中の二酸化炭素を循環利用して、二酸化炭素の排出量を削減するようにしている。
(Wet lime-gypsum method)
In the wet lime-gypsum process, the flue gas discharged from a combustion device that burns sulfur-containing fuels such as coal is brought into contact with a water slurry of limestone powder to absorb the SOx in the flue gas, which is then converted into gypsum and recovered. As a result, the SOx generated by the combustion of the sulfur-containing fuel reacts with the desulfurizing agent, and exhaust gas (C) with a reduced sulfur concentration is discharged. The exhaust gas (C) contains carbon dioxide. In this embodiment, the carbon dioxide is used to generate calcium carbonate (X) derived from exhaust gas. This allows the carbon dioxide in the exhaust gas (C) to be recycled and reduces the amount of carbon dioxide emissions. There are.
図3に、湿式石灰-石膏法を利用した本実施形態の脱硫システムの実施形態の一例を示す。図3に示す脱硫システムZ1bは、燃焼装置Z11bと、燃焼装置Z11bから排出される燃焼排ガスと接触することでSOxを吸収する、石灰石(炭酸カルシウム)の水スラリーを備える脱硫装置Z12bと、脱硫装置Z12bから排出される排ガス(C)に含まれる二酸化炭素を原料として排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システム1と、製造システム1により製造される排ガス由来炭酸カルシウム(X)を脱硫装置Z12bにおいて利用される脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置Z21とを備える。
燃焼装置Z11b及び脱硫装置Z12bは、特に制限されず、湿式石灰-石膏法において一般的に採用される燃焼装置及び脱硫装置を適宜採用することができる。
なお、図示省略するが、燃焼装置Z11bの後段には、脱硝装置、集塵装置、及び熱交換器等から選択される1種以上を備えるようにし、燃焼装置Z11bから排出される排ガス(C)に対し、脱硝処理、集塵処理、及び熱交換処理(冷却処理)から選択される1種以上の処理を施すようにしてもよい。
なお、燃焼装置Z11bの後段とは、燃焼装置Z11bの後段であって、脱硫装置Z12bの前段もしくは後段又は脱硫装置Z12b自体を意味する。
An example of an embodiment of the desulfurization system of the present embodiment using a wet lime-gypsum method is shown in Fig. 3. The desulfurization system Z1b shown in Fig. 3 includes a combustion device Z11b, a desulfurization device Z12b equipped with a limestone (calcium carbonate) water slurry that absorbs SOx by contacting with the combustion exhaust gas discharged from the combustion device Z11b, a production system 1 that produces exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) using carbon dioxide contained in the exhaust gas (C) discharged from the desulfurization device Z12b as a raw material, and a supply device Z21 that supplies the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system 1 as at least a part of the desulfurization agent used in the desulfurization device Z12b.
The combustion device Z11b and the desulfurization device Z12b are not particularly limited, and any combustion device and desulfurization device generally used in the wet lime-gypsum method can be appropriately used.
Although not shown in the figure, the downstream of the combustion device Z11b may be provided with one or more devices selected from a denitration device, a dust collection device, a heat exchanger, etc., and the exhaust gas (C) discharged from the combustion device Z11b may be subjected to one or more processes selected from a denitration process, a dust collection process, and a heat exchange process (cooling process).
The rear stage of the combustion apparatus Z11b means the rear stage of the combustion apparatus Z11b, but the front or rear stage of the desulfurization apparatus Z12b, or the desulfurization apparatus Z12b itself.
(脱硫方法の好適態様)
本実施形態において採用可能な脱硫方法は、上記に例示したものには限定されず、炭酸カルシウムを利用する各種脱硫方法を適宜採用することができる。
ここで、本実施形態においては、二酸化炭素の排出量のさらなる削減の観点から、乾式炉内脱硫法を採用することが好ましい。
(Preferred embodiment of desulfurization method)
The desulfurization method that can be used in this embodiment is not limited to the above-mentioned examples, and various desulfurization methods that utilize calcium carbonate can be appropriately used.
Here, in this embodiment, from the viewpoint of further reducing the amount of carbon dioxide emissions, it is preferable to employ a dry furnace desulfurization method.
[製造方法及び製造システム]
以下、炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する脱硫方法及び脱硫システムに組み込まれる製造方法及び製造システムの具体例として、第一実施形態から第三実施形態について、詳細に説明する。
なお、以降の説明において、製造システム1a、1a’、1a’’、11a、1b、11b、1c、及び11cは、図1~3に示す脱硫システムの製造システム1に対応する。
[Manufacturing method and manufacturing system]
Hereinafter, first to third embodiments will be described in detail as specific examples of a manufacturing method and a manufacturing system incorporated in a desulfurization method and a desulfurization system that utilize calcium carbonate as a desulfurization agent.
In the following description, the production systems 1a, 1a', 1a'', 11a, 1b, 11b, 1c, and 11c correspond to the production system 1 of the desulfurization system shown in FIGS.
[第一実施形態の製造方法]
第一実施形態の製造方法の一例を図4に示す。
図4に示す製造方法は、アミン化合物(A)に起因するカルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を、排ガス(C)を利用して抑制する工程(S)(以下、「工程(S)」と略記することもある。)として、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させて、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する第一の接触工程(S1-1)を含む。
また、図4に示す製造方法は、工程(S)として、工程(S1-1)の後に、アミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させる第二の接触工程(S1-2)を含む。
さらに、図4に示す製造方法は、工程(S)の後に、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収工程(T)をさらに含む。
[Manufacturing method of the first embodiment]
An example of the manufacturing method of the first embodiment is shown in FIG.
The production method shown in FIG. 4 includes a step (S) (hereinafter sometimes abbreviated as "step (S)") of suppressing an increase in pH of a calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by an amine compound (A) by utilizing exhaust gas (C), and includes a first contact step (S1-1) of contacting an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in a living body, artificially synthesized amines, and polymers containing a group derived from these amines with exhaust gas (C) to prepare an amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C).
The production method shown in FIG. 4 further includes, as step (S), a second contact step (S1-2) of contacting an aqueous amine solution (A2) with an aqueous calcium ion-containing solution (B) after the step (S1-1).
Furthermore, the production method shown in FIG. 4 further includes a recovery step (T) of recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) after the step (S).
また、第一実施形態の製造方法の好ましい態様の一例を図5に示す。
図5に示す製造方法は、工程(S)及び回収工程(T)に加え、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、工程(S)において用いるアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給工程(U)をさらに含む。
FIG. 5 shows an example of a preferred embodiment of the manufacturing method according to the first embodiment.
The production method shown in FIG. 5 further includes, in addition to the step (S) and the recovery step (T), an amine compound recovery/supply step (U) of recovering an amine compound (A) from the liquid phase after precipitation of the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) and supplying the amine compound (A) as at least a part of the amine compound (A) used in the step (S).
次に、第一実施形態の製造方法を実施するための製造システムの一例を図6に示す。
図6に示す製造システム1aは、第一の接触部(P1-1)、第二の接触部(P1-2)、及び回収部(Q)を少なくとも備える。
第一の接触部(P1-1)では、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させて、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する。
第二の接触部(P1-2)では、アミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる。
回収部(Q)では、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する。
排ガス(C)は、施設Z11から供給される。また、排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、供給手段Z21により施設Z11に供給される。これにより、施設Z11から排出される二酸化炭素が系内で循環利用され、二酸化炭素排出量が削減される。
Next, an example of a manufacturing system for carrying out the manufacturing method of the first embodiment is shown in FIG.
The production system 1a shown in FIG. 6 includes at least a first contact section (P1-1), a second contact section (P1-2), and a recovery section (Q).
In the first contacting section (P1-1), an aqueous amine solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contacted with exhaust gas (C) to prepare an aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C).
In the second contact section (P1-2), the aqueous amine solution (A2) is brought into contact with the aqueous calcium ion-containing solution (B) to precipitate calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas.
In the recovery section (Q), calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas is recovered.
Exhaust gas (C) is supplied from a facility Z11. In addition, exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is supplied to the facility Z11 by a supply means Z21. As a result, carbon dioxide discharged from the facility Z11 is recycled within the system, and the amount of carbon dioxide emission is reduced.
また、第一実施形態の製造方法を実施するための製造システムの好ましい態様の一例を図7に示す。
図7に示す製造システム1a’は、第一の接触部を複数備える。図7では、第一の接触部が2つ備えられているが(符号(P1-1)、(P1-1)’)、第一の接触部は3つ以上であってもよい。
また、図7に示す製造システム1a’は、第二の接触部を複数備える。図7では、第二の接触部が2つ備えられているが(符号(P1-2)、(P1-2)’)、第二の接触部は3つ以上であってもよい。
なお、第一実施形態における製造システムは、第一の接触部と第二の接触部の双方が複数備えられる態様には限定されず、第一の接触部を複数備え、第二の接触部は1つだけ備えられる態様であってもよい。また、第二の接触部を複数備え、第一の接触部は1つだけ備えられる態様であってもよい。
FIG. 7 shows an example of a preferred embodiment of a manufacturing system for carrying out the manufacturing method of the first embodiment.
The manufacturing system 1a′ shown in Fig. 7 includes a plurality of first contact parts. In Fig. 7, two first contact parts are included (reference symbols (P1-1) and (P1-1)′), but the number of first contact parts may be three or more.
The manufacturing system 1a′ shown in Fig. 7 includes a plurality of second contact parts. In Fig. 7, two second contact parts are included (reference symbols (P1-2), (P1-2)′), but the number of second contact parts may be three or more.
The manufacturing system in the first embodiment is not limited to a configuration in which both the first contact portion and the second contact portion are provided in multiple numbers, and may be a configuration in which the first contact portion is provided in multiple numbers and only one second contact portion is provided, or may be a configuration in which the second contact portion is provided in multiple numbers and only one first contact portion is provided.
さらに、第一実施形態の製造方法を実施するための製造システムの好ましい態様の他の例を図8に示す。
図8に示す製造システム1a’’は、第二の接触部(P1-2)を備えることなく、第一の接触部(P1-1)においてアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させるようにしている。
なお、図示省略しているが、図8に示す製造システム1a’’においても、第一の接触部は複数備えるようにしてもよい。
Furthermore, another example of a preferred embodiment of a manufacturing system for carrying out the manufacturing method of the first embodiment is shown in FIG.
The production system 1a'' shown in FIG. 8 does not include a second contact portion (P1-2), and the amine aqueous solution (A2) is brought into contact with the calcium ion-containing aqueous solution (B) in the first contact portion (P1-1).
Although not shown, the manufacturing system 1a'' shown in FIG. 8 may also be provided with a plurality of first contact portions.
また、第一実施形態の製造方法を実施するための本実施形態の製造システムのさらに好ましい態様の一例を図9に示す。
図9に示す製造システム11aは、第一の接触部(P1-1)、第二の接触部(P1-2)、及び回収部(Q)に加えて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、第一の接触部(P1-1)において使用するアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給部(R)をさらに備える。
なお、図9に示す製造システム11aは、図6に製造システム1aに、アミン化合物回収・供給部(R)をさらに備えるものとしているが、このような態様には必ずしも限定されない。
例えば、図7に示す製造システム1a’において、アミン化合物回収・供給部(R)をさらに備えるようにしてもよい。また、図8に示す製造システム1a’’において、アミン化合物回収・供給部(R)をさらに備えるようにしてもよい。
FIG. 9 shows an example of a more preferable embodiment of the manufacturing system of this embodiment for carrying out the manufacturing method of the first embodiment.
The production system 11a shown in FIG. 9 further includes, in addition to the first contact part (P1-1), the second contact part (P1-2), and the recovery part (Q), an amine compound recovery/supply part (R) that recovers an amine compound (A) from the liquid phase after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and supplies the amine compound (A) as at least a part of the amine compound (A) used in the first contact part (P1-1).
It should be noted that the production system 11a shown in FIG. 9 further includes an amine compound recovery and supply unit (R) in addition to the production system 1a shown in FIG. 6, but is not necessarily limited to this embodiment.
For example, the production system 1a' shown in Fig. 7 may further include an amine compound recovery/supply unit (R). Also, the production system 1a'' shown in Fig. 8 may further include an amine compound recovery/supply unit (R).
以下、第一実施形態の製造方法について、当該方法を実施するための製造システムの構成を説明しながら、詳細に説明する。 The manufacturing method of the first embodiment will be described in detail below, along with the configuration of the manufacturing system for carrying out the method.
<第一の接触工程(S1-1)>
第一の接触工程(S1-1)では、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させて、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させることで、排ガス(C)中の二酸化炭素がアミン水溶液(A1)に効率よく吸収され、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)が効率よく調製される。アミン水溶液(A2)に含まれる二酸化炭素由来の炭酸イオンは、第二の接触工程(S1-2)において、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させるための炭酸イオン源として機能する。
<First contact step (S1-1)>
In the first contact step (S1-1), an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contacted with exhaust gas (C) to prepare an amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C). By contacting the amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines with exhaust gas (C), carbon dioxide in the exhaust gas (C) is efficiently absorbed into the amine aqueous solution (A1), and an amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) is efficiently prepared. The carbon dioxide-derived carbonate ions contained in the amine aqueous solution (A2) function as a carbonate ion source for precipitating exhaust gas-derived calcium carbonate (X) in the second contact step (S1-2).
以下、アミン水溶液(A1)、排ガス(C)、及びアミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触方法について、詳細に説明する。 The following provides a detailed explanation of the aqueous amine solution (A1), the exhaust gas (C), and the method for contacting the aqueous amine solution (A1) with the exhaust gas (C).
(アミン水溶液(A1))
アミン水溶液(A1)は、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物を含む。
(Amine aqueous solution (A1))
The aqueous amine solution (A1) contains one or more amine compounds selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines.
本開示者らは、海洋生物の炭酸カルシウム形成解明研究の一環として、炭酸カルシウムの顆粒を形成する海洋細菌の研究を行っていた。この海洋細菌は、カルシウムを含む人工培地で培養すると、菌体外にダンベル状や球状の形をした炭酸カルシウム(カルサイト)を形成する。本開示者らは、このメカニズムを研究する過程で、海洋細菌が産生するアミンが大きな働きをしていることを究明した。
つまり、海洋細菌の培養中にみられるダンベルや球状の炭酸カルシウム顆粒は、海洋細菌の増殖に伴い培地中に増えたアミンが、培地中の炭酸イオン濃度を高めることで、炭酸カルシウムの結晶化を促すことがわかった。
炭酸カルシウムの顆粒形成が見られた海洋細菌の培養液のアミンを食品衛生検査指針における「食品中の不揮発性腐敗アミンの分析」に準じて、ダンシルクロライドで蛍光誘導化し、HPLCにより分析した結果、1,3-プロパンジアミン、プトレシン、カタベリン、スペルミン、スペルミジン、ノルスペルミジン、及びノルスペルミン等のアミン類が検出された。
以上のことから、海洋細菌が産生するアミンが空気中の二酸化炭素と結合し、その後加水分解されることで、培地中の炭酸イオン濃度が上昇し、炭酸カルシウムが析出するということがわかった。なお、炭酸カルシウムの析出は、海洋細菌が存在しない水溶液中にアミンと塩化カルシウムとを混合して静置した場合にも確認された。このことから、炭酸カルシウムの析出は、海洋細菌の不存在下でも起こることがわかった。つまり、海洋細菌が産生するアミンは、海洋細菌の不存在下においても、二酸化炭素と塩を形成することで、炭酸イオンを効率よく生成し得ることがわかった。
The present inventors have been studying marine bacteria that form calcium carbonate granules as part of a study to elucidate calcium carbonate formation in marine organisms. When this marine bacterium is cultured in an artificial medium containing calcium, it forms calcium carbonate (calcite) in a dumbbell or spherical shape outside the bacterial cell. In the course of studying this mechanism, the present inventors have determined that amines produced by the marine bacteria play a major role.
In other words, it was found that the dumbbell- and spherical-shaped calcium carbonate granules seen in marine bacterial cultures promote the crystallization of calcium carbonate by increasing the concentration of carbonate ions in the medium due to the increase in amines in the medium as the marine bacteria grow.
The amines in the culture medium of the marine bacteria in which calcium carbonate granule formation was observed were fluorescently derivatized with dansyl chloride and analyzed by HPLC in accordance with the "Analysis of non-volatile putrefactive amines in foods" in the Food Sanitation Inspection Guidelines. As a result, amines such as 1,3-propanediamine, putrescine, kataberin, spermine, spermidine, norspermidine, and norspermine were detected.
From the above, it was found that the amines produced by marine bacteria bind with carbon dioxide in the air and are then hydrolyzed, increasing the carbonate ion concentration in the culture medium and causing calcium carbonate to precipitate. Note that calcium carbonate precipitation was also confirmed when the amines and calcium chloride were mixed in an aqueous solution in the absence of marine bacteria and allowed to stand. This shows that calcium carbonate precipitation occurs even in the absence of marine bacteria. In other words, it was found that the amines produced by marine bacteria can efficiently generate carbonate ions by forming salts with carbon dioxide, even in the absence of marine bacteria.
しかしながら、本開示者らがさらに鋭意検討した結果、ポリアミン等のアミン類を海水と混合した場合、炭酸カルシウムを十分に効率よく生成することができないことがわかった。この理由は、海水にアミン類を添加すると、海水のpHが一時的に上昇し、海水中にカルシウムイオンの3倍量存在するマグネシウムイオンが水酸化マグネシウムとなり、これが炭酸カルシウムの生成を阻害するためと推察された。 However, as a result of further intensive research by the present inventors, it was found that when amines such as polyamines are mixed with seawater, calcium carbonate cannot be produced sufficiently efficiently. It was presumed that the reason for this is that when amines are added to seawater, the pH of the seawater temporarily rises, and magnesium ions, which are present in seawater in three times the amount of calcium ions, become magnesium hydroxide, which inhibits the production of calcium carbonate.
そこで、第一実施形態の製造方法では、第一の接触工程(S1-1)において、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させるようにしている。これにより、第二の接触工程(S1-2)において排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させるための炭酸イオンが、アミン水溶液(A2)中に効率よく生成される。しかも、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させるための炭酸イオンが、アミン水溶液(A2)に効率よく生成されることで、アミン水溶液(A2)のpHの上昇も抑えられる。そのため、アミン水溶液(A2)をカルシウムイオン含有水溶液(B)と接触させた際に、カルシウムイオン含有水溶液(B)のpH(アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液のpH)の上昇も抑えられる。したがって、カルシウムイオン含有水溶液(B)にマグネシウムイオンが含まれていたとしても、水酸化マグネシウムの生成に起因する炭酸カルシウムの生成阻害も抑制される。よって、第二の接触工程(S1-2)において、炭酸カルシウムが極めて効率よく生成される。 In the manufacturing method of the first embodiment, in the first contact step (S1-1), an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contacted with the exhaust gas (C). As a result, carbonate ions for precipitating the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) in the second contact step (S1-2) are efficiently generated in the amine aqueous solution (A2). Moreover, since carbonate ions for precipitating the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) are efficiently generated in the amine aqueous solution (A2), an increase in the pH of the amine aqueous solution (A2) is also suppressed. Therefore, when the amine aqueous solution (A2) is contacted with the calcium ion-containing aqueous solution (B), an increase in the pH of the calcium ion-containing aqueous solution (B) (pH of the mixture of the amine aqueous solution (A2) and the calcium ion-containing aqueous solution (B)) is also suppressed. Therefore, even if the calcium ion-containing aqueous solution (B) contains magnesium ions, inhibition of calcium carbonate production caused by the production of magnesium hydroxide is also suppressed. Therefore, calcium carbonate is produced extremely efficiently in the second contact step (S1-2).
アミン化合物(A)としては、生体内(例えば、海洋細菌の生体内)で合成されるアミン(モノアミン及びポリアミン)を特に制限なく用いることができる。当該アミンの中でも、アミン水溶液(A2)中の炭酸イオンを増大させやすくする観点から、1,3-プロパンジアミン、プトレシン(ブタン-1,4-ジアミン)、カタベリン(ペンタン-1,4-ジアミン)、スペルミン(1,11-ジアミノ-4,9-ジアザウンデカン)、スペルミジン(1,8-ジアミノ-4-アザオクタン)、ノルスペルミジン(3,3’-イミノビス(プロパン-1-アミン))、及びノルスペルミン(3,3’-[(プロパン-1,3-ジイル)ビスイミノ]ビス(プロパン-1-アミン))からなる群から選択される1種以上のポリアミンを用いることが好ましい。
また、本発明者らの実験によると、アミン化合物(A)として、人工的に合成されるアミンを用いた場合にも、生体内で合成されるアミンと同様の効果が奏され得ることが確認されている。したがって、人工的に合成されるアミンを用いることもできる。人工的に合成されるアミンとしては、例えば、モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)、ジイソプロパノールアミン(DIPA)、ジグリコールアミン(DGA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、並びにピペラジン及びエチレンジアミンなどのジアミン等が挙げられる。
また、アミン化合物(A)としては、上記アミンから誘導される基を含むポリマー(生体内で合成されるアミンから誘導される基を含むポリマー、人工的に合成されるアミンから誘導される基を含むポリマー)を用いてもよい。
上記アミンから誘導される基を含むポリマーとしては、上記アミンから誘導される基を少なくとも末端に含むポリマーが好ましい。このようなポリマーとしては、例えば、上記アミンから誘導される基とエチレン性不飽和二重結合とを有する化合物由来の構成単位を有するポリマー、ポリアルキレンイミン等が挙げられ、好ましくはポリアルキレンイミンである。
ポリアルキレンイミンのアルキレン基の炭素数は、好ましくは2~4、より好ましくは2~3、更に好ましくは2である。
なお、「上記アミンから誘導される基」とは、上記アミン(生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン)の水素原子の少なくとも1つを除いた1価以上の基を意味する。例えば、エチレンジアミンから誘導される基としては、1価基である-NHCH2CH2NH2等が挙げられる。
また、上記アミンから誘導される基を含むポリマーの、沸点上昇法により測定される数平均分子量は、好ましくは500~50,000、より好ましくは500~40,000、更に好ましくは500~35,000である。
アミン化合物(A)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、アミン化合物(A)としては、生体内で合成されるアミンを用いることが好ましい。生体内で合成されるアミンを用いることで、アミンを合成したり輸送したりすること等により排出される二酸化炭素を削減することができる。したがって、二酸化炭素排出量をより効果的に削減し得る。
As the amine compound (A), amines (monoamines and polyamines) synthesized in a living organism (for example, in the living organism of a marine bacterium) can be used without any particular limitation. Among these amines, from the viewpoint of facilitating an increase in carbonate ions in the amine aqueous solution (A2), it is preferable to use one or more polyamines selected from the group consisting of 1,3-propanediamine, putrescine (butane-1,4-diamine), cataverin (pentane-1,4-diamine), spermine (1,11-diamino-4,9-diazaundecane), spermidine (1,8-diamino-4-azaoctane), norspermidine (3,3'-iminobis(propan-1-amine)), and norspermine (3,3'-[(propane-1,3-diyl)bisimino]bis(propan-1-amine)).
In addition, according to the experiments of the present inventors, it has been confirmed that even when an artificially synthesized amine is used as the amine compound (A), the same effect as that of an amine synthesized in vivo can be achieved. Therefore, an artificially synthesized amine can also be used. Examples of the artificially synthesized amine include monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diisopropanolamine (DIPA), diglycolamine (DGA), methyldiethanolamine (MDEA), and diamines such as piperazine and ethylenediamine.
As the amine compound (A), a polymer containing a group derived from the above-mentioned amine (a polymer containing a group derived from an amine synthesized in a living body, or a polymer containing a group derived from an artificially synthesized amine) may be used.
The polymer containing the group derived from the amine is preferably a polymer containing the group derived from the amine at least at the end. Examples of such a polymer include a polymer having a structural unit derived from a compound having the group derived from the amine and an ethylenically unsaturated double bond, polyalkyleneimine, etc., and preferably polyalkyleneimine.
The alkylene group of the polyalkyleneimine preferably has 2 to 4 carbon atoms, more preferably 2 to 3 carbon atoms, and even more preferably 2 carbon atoms.
The term "group derived from the above amine" refers to a monovalent or higher group obtained by removing at least one hydrogen atom from the above amine (amine synthesized in vivo or artificially synthesized amine). For example, an example of a group derived from ethylenediamine is the monovalent group -NHCH 2 CH 2 NH 2 .
The number average molecular weight of the polymer containing the above amine-derived group, as measured by the boiling point elevation method, is preferably 500 to 50,000, more preferably 500 to 40,000, and even more preferably 500 to 35,000.
The amine compound (A) may be used alone or in combination of two or more kinds.
In addition, it is preferable to use an amine synthesized in a living body as the amine compound (A). By using an amine synthesized in a living body, it is possible to reduce carbon dioxide emitted by synthesizing and transporting the amine, etc. Therefore, it is possible to more effectively reduce the amount of carbon dioxide emitted.
なお、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させて、二酸化炭素がアミン水溶液(A1)に吸収されると、当該二酸化炭素がアミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)と反応して、アミン水溶液(A1)中で炭酸イオンを生じ、アミン化合物(A)はカチオンになるものと推測される。
アミン化合物(A)がプトレシンである場合について推測される反応式を以下に示す。
The reaction scheme assumed when the amine compound (A) is putrescine is shown below.
アミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)の含有量は、アミン水溶液(A1)中に二酸化炭素を効率よく吸収させやすくする観点から、アミン水溶液(A1)の全量基準で、好ましくは1質量%~50質量%、より好ましくは10質量%~40質量%、更に好ましくは25質量%~35質量%である。 The content of the amine compound (A) in the amine aqueous solution (A1) is preferably 1% by mass to 50% by mass, more preferably 10% by mass to 40% by mass, and even more preferably 25% by mass to 35% by mass, based on the total amount of the amine aqueous solution (A1), from the viewpoint of facilitating efficient absorption of carbon dioxide in the amine aqueous solution (A1).
排ガス(C)と接触させる前のアミン水溶液(A1)のpHは、吸収する二酸化炭素の量を考慮するとともに、第二の接触工程(S1-2)における反応性を考慮して決定される。具体的には、排ガス(C)と接触させた後の、二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)のpHが、好ましくは6以上に、より好ましくは7以上に、さらに好ましくは8以上になるように、排ガス(C)と接触させる前のアミン水溶液(A1)のpHが調整される。
また、排ガス(C)と接触させる前のアミン水溶液(A1)のpHは、第二の接触工程(S1-2)において析出させる炭酸塩種に応じて調整されてもよい。例えば、炭酸カルシウムを析出させやすくする観点から、排ガス(C)と接触させた後の、二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)のpHが、好ましくは7~12、より好ましくは7~9になるように、排ガス(C)と接触させる前のアミン水溶液(A1)のpHが調整されてもよい。また、炭酸カルシウムを析出させやすくする観点から、第二の接触工程(S1-2)において、二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させた際のこれらの混合液のpHが、好ましくは8~9になるように、排ガス(C)と接触させる前のアミン水溶液(A1)のpHが調整されてもよい。
The pH of the aqueous amine solution (A1) before contacting with the exhaust gas (C) is determined taking into consideration the amount of carbon dioxide to be absorbed and the reactivity in the second contact step (S1-2). Specifically, the pH of the aqueous amine solution (A1) before contacting with the exhaust gas (C) is adjusted so that the pH of the aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide after contacting with the exhaust gas (C) is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, and even more preferably 8 or more.
In addition, the pH of the amine aqueous solution (A1) before contacting with the exhaust gas (C) may be adjusted depending on the type of carbonate to be precipitated in the second contact step (S1-2). For example, from the viewpoint of facilitating precipitation of calcium carbonate, the pH of the amine aqueous solution (A1) before contacting with the exhaust gas (C) may be adjusted so that the pH of the amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide after contacting with the exhaust gas (C) is preferably 7 to 12, more preferably 7 to 9. In addition, from the viewpoint of facilitating precipitation of calcium carbonate, the pH of the amine aqueous solution (A1) before contacting with the exhaust gas (C) may be adjusted so that the pH of a mixture of the amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide and the calcium ion-containing aqueous solution (B) when they are contacted in the second contact step (S1-2) is preferably 8 to 9.
アミン水溶液(A1)と排ガス(C)とを接触させる際のアミン水溶液(A1)の温度は、二酸化炭素を効率よく吸収して、アミン水溶液(A2)中の炭酸イオン濃度を増大させやすくする観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは30℃~50℃である。本工程ではアミンと二酸化炭素の結合が失われることを抑制するため、アミン水溶液(A1)と排ガス(C)とを接触させる際のアミン水溶液(A1)の温度は、50℃以下に維持することが好ましい。 The temperature of the aqueous amine solution (A1) when it is brought into contact with the exhaust gas (C) is preferably 10°C or higher, more preferably 30°C to 50°C, from the viewpoint of efficiently absorbing carbon dioxide and facilitating an increase in the carbonate ion concentration in the aqueous amine solution (A2). In this process, in order to prevent the loss of bonds between the amine and carbon dioxide, it is preferable to maintain the temperature of the aqueous amine solution (A1) at 50°C or lower when it is brought into contact with the exhaust gas (C).
アミン水溶液(A1)と排ガス(C)とを接触させる時間は、接触方式、アミン水溶液(A1)の温度、アミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)の含有量、及び排ガス(C)の温度、二酸化炭素濃度、二酸化炭素のガス流量、並びに容器(反応槽)の大きさ等に応じて適宜設定される。一般には30分~3時間であり、好ましくは1時間~24時間である。 The time for contacting the aqueous amine solution (A1) with the exhaust gas (C) is appropriately set depending on the contact method, the temperature of the aqueous amine solution (A1), the content of the amine compound (A) in the aqueous amine solution (A1), the temperature of the exhaust gas (C), the carbon dioxide concentration, the gas flow rate of carbon dioxide, the size of the container (reaction tank), etc. It is generally 30 minutes to 3 hours, and preferably 1 hour to 24 hours.
(排ガス(C))
排ガス(C)は、炭酸カルシウムを脱硫剤として利用する施設排出される脱硫済みの排ガスである。当該排ガスには、二酸化炭素が含まれているため、これを排ガス由来炭酸カルシウム(X)を生成するための原料として用いることができる。
なお、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成効率を向上させて、二酸化炭素の排出量をさらに削減しやすくする観点から、排ガス(C)は、二酸化炭素濃度が高濃度である排ガスが好ましい。具体的には、含硫黄燃料として石炭を利用する脱硫システムから排出された排ガスであることが好ましい。
(Exhaust gas (C))
The flue gas (C) is desulfurized flue gas discharged from a facility that uses calcium carbonate as a desulfurizing agent. Since the flue gas contains carbon dioxide, it can be used as a raw material for producing flue gas-derived calcium carbonate (X).
From the viewpoint of improving the production efficiency of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and facilitating further reduction in carbon dioxide emission, the exhaust gas (C) is preferably an exhaust gas having a high carbon dioxide concentration. Specifically, the exhaust gas (C) is preferably an exhaust gas discharged from a desulfurization system that uses coal as a sulfur-containing fuel.
(アミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触方法)
アミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触方法は、アミン水溶液(A1)中に二酸化炭素を効率よく吸収できる方法であれば特に制限されない。
(Method for contacting aqueous amine solution (A1) with exhaust gas (C))
The method for contacting the aqueous amine solution (A1) with the exhaust gas (C) is not particularly limited as long as the method can efficiently absorb carbon dioxide into the aqueous amine solution (A1).
ここで、アミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触方法の一例について、第一実施形態における製造システムに基づいて説明する。
第一実施形態の製造システム1a,1a’、1a’’、及び11aにおいて、第一の接触工程(S1-1)は、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させて、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する第一の接触部(P1-1)において実施される。
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)は、貯留タンク21に収容され、供給ライン21aを介して、第一の接触部(P1-1)に供給される。
一方、排ガス(C)は、施設Z11から供給され、例えばブロア22により、供給ライン22aを介して第一の接触部(P1-1)に供給される。
また、排ガス(C)は、必要に応じて、脱硝処理、集塵処理、及び熱交換処理(冷却処理)から選択される1種以上の処理を施してもよい。
Here, an example of a method for contacting the aqueous amine solution (A1) with the exhaust gas (C) will be described based on the production system in the first embodiment.
In the production systems 1a, 1a', 1a'', and 11a of the first embodiment, the first contacting step (S1-1) is carried out in a first contacting section (P1-1) in which an aqueous amine solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contacted with exhaust gas (C) to prepare an aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C).
An aqueous amine solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contained in a storage tank 21 and supplied to the first contact part (P1-1) via a supply line 21a.
On the other hand, exhaust gas (C) is supplied from the facility Z11 and is supplied to the first contact portion (P1-1) by, for example, a blower 22 via a supply line 22a.
Furthermore, the exhaust gas (C) may be subjected to one or more treatments selected from a denitrification treatment, a dust collection treatment, and a heat exchange treatment (cooling treatment) as necessary.
第一の接触部(P1-1)におけるアミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触方法としては、例えば、下記(1)~(4)の方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、気体を液体に溶かすことを目的とした各種方法を使ってもよい。
(1)反応槽にアミン水溶液(A1)を収容してアミン水溶液(A1)を撹拌翼等で撹拌しつつ、アミン水溶液(A1)の液面近傍に排ガス(C)を吹き付ける。
(2)反応槽にアミン水溶液(A1)を収容し、アミン水溶液(A1)中に排ガス(C)を直接吹き込む。
(3)密閉された反応塔の下部から排ガス(C)を導入して上昇させるとともに、反応塔の上部からアミン水溶液(A1)をノズル等で噴霧し、排ガス(C)とアミン水溶液(A1)とを向流接触させる。
(4)排ガス(C)をファインバブル化してアミン水溶液(A1)中に導入する。これにより、アミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触面積を向上させて、より効率よく二酸化炭素をアミン水溶液(A1)中に吸収させることができる。
なお、第一の接触部(P1-1)におけるアミン水溶液(A1)と排ガス(C)との接触は、好ましくは50℃以下でかつ常圧下、より好ましくは常温(25±15℃)でかつ常圧下で行われる。
Examples of a method for contacting the aqueous amine solution (A1) with the exhaust gas (C) in the first contact part (P1-1) include the following methods (1) to (4), but are not limited thereto. Various methods for dissolving a gas in a liquid may be used.
(1) An aqueous amine solution (A1) is placed in a reaction tank and stirred with a stirring blade or the like while spraying an exhaust gas (C) near the liquid surface of the aqueous amine solution (A1).
(2) An aqueous amine solution (A1) is placed in a reaction tank, and exhaust gas (C) is directly blown into the aqueous amine solution (A1).
(3) An exhaust gas (C) is introduced from the bottom of a sealed reaction tower and allowed to rise, while an aqueous amine solution (A1) is sprayed from the top of the reaction tower using a nozzle or the like, thereby bringing the exhaust gas (C) and the aqueous amine solution (A1) into countercurrent contact with each other.
(4) The exhaust gas (C) is converted into fine bubbles and introduced into the aqueous amine solution (A1), thereby increasing the contact area between the aqueous amine solution (A1) and the exhaust gas (C), and allowing carbon dioxide to be more efficiently absorbed into the aqueous amine solution (A1).
The contact between the aqueous amine solution (A1) and the exhaust gas (C) in the first contact portion (P1-1) is preferably carried out at 50° C. or less and under normal pressure, more preferably at normal temperature (25±15° C.) and under normal pressure.
第一の接触工程(S1-1)で調製された、二酸化炭素に由来する炭酸イオンを豊富に含むアミン水溶液(A2)は、第二の接触工程(S1-2)に供給される。
アミン水溶液(A2)が二酸化炭素に由来する炭酸イオンを豊富に含むことで、第二の接触工程(S1-2)において、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出しやすくなる。また、アミン水溶液(A2)が二酸化炭素に由来する炭酸イオンを豊富に含むことで、第二の接触工程(S1-2)において、アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させた際に、これらの混合液の急激なpH上昇が抑えられる。したがって、第二の接触工程(S1-2)において、アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させた際に、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を直ちに析出させやすくすることができる。換言すれば、二酸化炭素を効率よく固定化することができる。
また、アミン水溶液(A2)が二酸化炭素に由来する炭酸イオンを豊富に含むことで、カルシウムイオン含有水溶液(B)のカルシウムイオン濃度が低濃度であっても、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させることが可能になる。例えば、カルシウムイオン濃度が300質量ppm(さらには400質量ppm)であるカルシウムイオン含有水溶液(B)を用いた場合にも、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させることが可能である。
The aqueous amine solution (A2) rich in carbonate ions derived from carbon dioxide, prepared in the first contact step (S1-1), is supplied to the second contact step (S1-2).
Since the amine aqueous solution (A2) is rich in carbonate ions derived from carbon dioxide, the flue-gas-derived calcium carbonate (X) is more likely to precipitate in the second contact step (S1-2). Furthermore, since the amine aqueous solution (A2) is rich in carbonate ions derived from carbon dioxide, a rapid increase in pH of the mixture of the amine aqueous solution (A2) and the calcium ion-containing aqueous solution (B) is suppressed when the amine aqueous solution (A2) and the calcium ion-containing aqueous solution (B) are brought into contact with each other in the second contact step (S1-2). Therefore, the flue-gas-derived calcium carbonate (X) can be more likely to precipitate immediately when the amine aqueous solution (A2) and the calcium ion-containing aqueous solution (B) are brought into contact with each other in the second contact step (S1-2). In other words, carbon dioxide can be efficiently fixed.
In addition, since the amine aqueous solution (A2) contains a large amount of carbonate ions derived from carbon dioxide, it is possible to precipitate the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) even if the calcium ion-containing aqueous solution (B) has a low calcium ion concentration. For example, even when a calcium ion-containing aqueous solution (B) having a calcium ion concentration of 300 ppm by mass (or even 400 ppm by mass) is used, it is possible to precipitate the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X).
<第二の接触工程(S1-2)>
第二の接触工程(S1-2)では、第一の接触工程(S1-1)で調製されたアミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる。
第一の接触工程(S1-1)で調製されたアミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させることで、アミン水溶液(A2)中の炭酸イオンとカルシウムイオン含有水溶液(B)中のカルシウムイオンとが反応し、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出する。アミン水溶液(A2)中の炭酸イオンは、排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成されているため、二酸化炭素が排ガス由来炭酸カルシウム(X)として固定されることになる。
<Second Contact Step (S1-2)>
In the second contact step (S1-2), the aqueous amine solution (A2) prepared in the first contact step (S1-1) is contacted with a calcium ion-containing aqueous solution (B) to precipitate exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
By contacting the aqueous amine solution (A2) prepared in the first contact step (S1-1) with the calcium ion-containing aqueous solution (B), carbonate ions in the aqueous amine solution (A2) react with calcium ions in the aqueous calcium ion-containing solution (B), and exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) precipitates. Since the carbonate ions in the aqueous amine solution (A2) are generated using carbon dioxide in the exhaust gas (C) as a raw material, the carbon dioxide is fixed as the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X).
以下、第二の接触工程(S1-2)で用いるカルシウムイオン含有水溶液(B)、及びアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との接触方法について、詳細に説明する。 The calcium ion-containing aqueous solution (B) used in the second contact step (S1-2) and the method for contacting the amine aqueous solution (A2) with the calcium ion-containing aqueous solution (B) are described in detail below.
(カルシウムイオン含有水溶液(B))
カルシウムイオン含有水溶液(B)は、排ガス由来炭酸カルシウム(X)のカルシウム源として用いられる。
ここで、カルシウムイオン含有水溶液(B)は、マグネシウムイオンを含んでいてもよい。
第一実施形態では、第一の接触工程(S1-1)において、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、排ガス(C)とを接触させるようにしている。これにより、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)のpHの上昇が抑えられるため、アミン水溶液(A2)をカルシウムイオン含有水溶液(B)と接触させた際に、アミン水溶液(A)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液のpHの上昇も抑えられる。そのため、カルシウムイオン含有水溶液(B)にマグネシウムイオンが含まれていたとしても、水酸化マグネシウムの生成に起因する炭酸カルシウムの生成阻害も抑制される。したがって、第二の接触工程(S1-2)において、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が極めて効率よく生成される。
(Calcium ion-containing aqueous solution (B))
The calcium ion-containing aqueous solution (B) is used as a calcium source for the exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
Here, the calcium ion-containing aqueous solution (B) may contain magnesium ions.
In the first embodiment, in the first contact step (S1-1), an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines is contacted with the exhaust gas (C). This suppresses an increase in pH of the amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C), and therefore suppresses an increase in pH of the mixture of the amine aqueous solution (A) and the calcium ion-containing aqueous solution (B) when the amine aqueous solution (A2) is contacted with the calcium ion-containing aqueous solution (B). Therefore, even if the calcium ion-containing aqueous solution (B) contains magnesium ions, inhibition of calcium carbonate production caused by the production of magnesium hydroxide is also suppressed. Therefore, in the second contact step (S1-2), calcium carbonate derived from the exhaust gas (X) is produced extremely efficiently.
したがって、カルシウムイオン含有水溶液(B)として、海水を用いることができる。海水は入手容易である反面、カルシウムイオンとともに、マグネシウムイオンがカルシウムイオンよりも多く含まれている。そのため、既述のように炭酸カルシウムの生成阻害が生じる問題がある。しかし、第一実施形態の製造方法によれば、カルシウムイオン含有水溶液(B)として海水を用いた場合であっても、水酸化マグネシウムの生成に起因する炭酸カルシウムの生成阻害が抑制されるため、入手容易である海水をカルシウムイオン含有水溶液(B)として用いても、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が極めて効率よく生成される。しかも、海水を用いる場合、カルシウム源物質を合成したり、カルシウム源物質を輸送したりすることにより排出される二酸化炭素を削減することができる。したがって、二酸化炭素排出量をより効果的に削減し得る。 Therefore, seawater can be used as the calcium ion-containing aqueous solution (B). Although seawater is easy to obtain, it contains more magnesium ions than calcium ions as well as calcium ions. Therefore, as described above, there is a problem of calcium carbonate production inhibition. However, according to the manufacturing method of the first embodiment, even when seawater is used as the calcium ion-containing aqueous solution (B), the inhibition of calcium carbonate production caused by the production of magnesium hydroxide is suppressed, so that exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is produced extremely efficiently even when seawater, which is easily available, is used as the calcium ion-containing aqueous solution (B). Moreover, when seawater is used, carbon dioxide emitted can be reduced by synthesizing or transporting a calcium source material. Therefore, carbon dioxide emissions can be reduced more effectively.
また、カルシウムイオン含有水溶液(B)としては、海水以外にも、例えば、海水を淡水化した際に得られる廃海水、海水から水酸化マグネシウムや塩やにがりを製造した際に生じる濃縮海水;塩湖かん水;地下かん水;及び汽水等のかん水を用いることができる。
なお、かん水とは、塩化ナトリウムなどの塩分を含んだ水であり、通常、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ストロンチウムイオン、及びバリウムイオンからなる群から選択される1種以上のアルカリ土類金属イオン(特に、カルシウムイオン)を含んでいる。したがって、カルシウムイオン含有水溶液(B)として、かん水を利用することで、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を生成するためのカルシウムイオンを簡易に供給することが可能である。
ここで、上記廃海水や上記濃縮海水には、カルシウムイオンが高濃度に含まれているため、第二の接触工程(S1-2)において、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成源となるカルシウムイオンを効率よく供給することができる。したがって、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成効率をより向上させることができ、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の収量の向上を図ることが可能となる。これにより、二酸化炭素の排出量のさらなる削減を図ることができる。また、第二の接触工程(S1-2)を行う第二の接触部(P1-2)をコンパクト化して製造システムの小型化を図ることもできる。また、ウユニ塩湖に代表される塩湖かん水、米国ソルトンレイクに代表される温水かん水なども、同様に、カルシウムイオン濃度が高いため、好ましい。近年、再生可能エネルギーとして地熱発電の開発が盛んに行われている。これらの地下温水かん水も同様に、好ましい。
したがって、カルシウムイオン含有水溶液(B)としては、カルシウムイオン濃度が好ましくは400質量ppm以上のもの、より好ましくは600質量ppm以上のもの、更に好ましくは800質量ppm以上のもの、より更に好ましくは1,000質量ppm以上のもの、更になお好ましくは1,500質量ppm以上のもの、一層好ましくは1,800質量%ppm以上のものを用いることができる。
なお、カルシウムイオン含有水溶液(B)として例示したものは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
In addition, as the calcium ion-containing aqueous solution (B), other than seawater, for example, waste seawater obtained when seawater is desalinized, concentrated seawater generated when magnesium hydroxide, salt, or bittern is produced from seawater, salt lake brine, underground brine, and brackish water can be used.
The brine is water containing salts such as sodium chloride, and usually contains one or more alkaline earth metal ions (particularly calcium ions) selected from the group consisting of calcium ions, magnesium ions, strontium ions, and barium ions. Therefore, by using the brine as the calcium ion-containing aqueous solution (B), it is possible to easily supply calcium ions for producing the flue-gas-derived calcium carbonate (X).
Here, since the waste seawater and the concentrated seawater contain calcium ions at high concentrations, calcium ions that are the source of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) can be efficiently supplied in the second contact step (S1-2). Therefore, the production efficiency of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) can be further improved, and the yield of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) can be improved. This allows for a further reduction in carbon dioxide emissions. In addition, the second contact section (P1-2) in which the second contact step (S1-2) is performed can be made compact to reduce the size of the production system. In addition, salt lake brines such as those typified by the Uyuni Salt Lake and warm water brines such as those typified by the Salton Lake in the United States are also preferred because they have a high calcium ion concentration. In recent years, the development of geothermal power generation as a renewable energy source has been actively carried out. These underground warm water brines are also preferred.
Therefore, the calcium ion-containing aqueous solution (B) to be used has a calcium ion concentration of preferably 400 ppm by mass or more, more preferably 600 ppm by mass or more, even more preferably 800 ppm by mass or more, still more preferably 1,000 ppm by mass or more, even more preferably 1,500 ppm by mass or more, and even more preferably 1,800 ppm by mass or more.
The calcium ion-containing aqueous solution (B) exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
なお、濃縮海水は、海水を原料として、イオン交換膜法、蒸発法、及び逆浸透法等の公知の方法により製造することができる。 Concentrated seawater can be produced using seawater as a raw material by known methods such as the ion exchange membrane method, evaporation method, and reverse osmosis method.
また、カルシウムイオン含有水溶液(B)として、マグネシウムイオン濃度が500質量ppm以下(好ましくは400質量ppm以下、より好ましくは300質量ppm以下)であるカルシウムイオン含有水を用いてもよい。
例えば、海水からの工業的な水酸化マグネシウム製造工程では、副生成物としてマグネシウムイオン濃度が500質量ppm以下であるカルシウムイオン含有水が生じる。第一実施形態では、このような副生成物の有効利用を図ることもできる。
また、海水からの工業的な水酸化マグネシウム製造工程では、海水に石灰乳を添加することで、生成した水酸化マグネシウムスラリーを抜き出した後に、副生成物としてマグネシウムイオン濃度が500質量ppm以下であるカルシウムイオン含有水が生じる。このような副生成物には、海水に石灰乳を添加することによって、副生成物であるカルシウムイオン含有水のカルシウムイオン濃度が、海水よりも高まる(例えば、好ましくは400質量ppm以上、より好ましくは600質量ppm以上、更に好ましくは800質量ppm以上、より更に好ましくは1,000質量ppm以上、更になお好ましくは1,500質量ppm以上、一層好ましくは1,800質量%ppm以上)。そのため、副生成物であるカルシウムイオン含有水からカルシウムイオンを全量回収するためには、アミン水溶液(A1)のアミン化合物濃度を高める必要がある。アミン水溶液(A1)のアミン化合物(A)の濃度を高めると、アミン水溶液(A1)のpHが上昇するため、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成反応が進行し難くなる。しかし、第一実施形態では、アミン水溶液(A1)に排ガス(C)を接触させることで、カルシウムイオン濃度が海水よりも高いカルシウムイオン含有水をカルシウムイオン含有水溶液(B)として用いても、pH上昇を抑えて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を効率よく生成することができる。
In addition, as the calcium ion-containing aqueous solution (B), calcium ion-containing water having a magnesium ion concentration of 500 ppm by mass or less (preferably 400 ppm by mass or less, more preferably 300 ppm by mass or less) may be used.
For example, in an industrial process for producing magnesium hydroxide from seawater, calcium ion-containing water having a magnesium ion concentration of 500 mass ppm or less is generated as a by-product. In the first embodiment, it is possible to effectively utilize such a by-product.
In addition, in an industrial magnesium hydroxide production process from seawater, by adding milk of lime to seawater, calcium ion-containing water having a magnesium ion concentration of 500 mass ppm or less is generated as a by-product after extracting the generated magnesium hydroxide slurry. By adding milk of lime to seawater, the calcium ion concentration of the by-product calcium ion-containing water is increased compared to seawater (for example, preferably 400 mass ppm or more, more preferably 600 mass ppm or more, even more preferably 800 mass ppm or more, even more preferably 1,000 mass ppm or more, even more preferably 1,500 mass ppm or more, and even more preferably 1,800 mass% ppm or more). Therefore, in order to recover all the calcium ions from the by-product calcium ion-containing water, it is necessary to increase the amine compound concentration of the amine aqueous solution (A1). When the concentration of the amine compound (A) in the amine aqueous solution (A1) is increased, the pH of the amine aqueous solution (A1) increases, making it difficult for the reaction of generating calcium carbonate (X) derived from exhaust gas to proceed. However, in the first embodiment, by bringing the exhaust gas (C) into contact with the aqueous amine solution (A1), even if calcium ion-containing water having a calcium ion concentration higher than that of seawater is used as the calcium ion-containing aqueous solution (B), an increase in pH can be suppressed and exhaust gas-derived calcium carbonate (X) can be efficiently produced.
(アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との接触方法)
アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との接触方法は、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が効率よく生成できる方法であれば特に制限されない。
(Method of contacting an aqueous amine solution (A2) with an aqueous calcium ion-containing solution (B))
The method for bringing the aqueous amine solution (A2) into contact with the calcium ion-containing aqueous solution (B) is not particularly limited as long as the method can efficiently produce exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
ここで、アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との接触方法の一例について、第一実施形態における製造システムに基づいて説明する。
第一実施形態における製造システム1a,1a’、及び11aにおいて、第二の接触工程(S1-2)は、アミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる第二の接触部(P1-2)において実施される。
アミン水溶液(A2)は、第一の接触部(P1-1)から、供給ライン2aを介して、第二の接触部(P1-2)に供給される。
一方、カルシウムイオン含有水溶液(B)は、貯留タンク31に収容されており、供給ライン31aを介して、第二の接触部(P1-2)に供給される。
Here, an example of a method for contacting the aqueous amine solution (A2) with the calcium ion-containing aqueous solution (B) will be described based on the production system in the first embodiment.
In the production systems 1a, 1a′, and 11a in the first embodiment, the second contact step (S1-2) is carried out in a second contact part (P1-2) in which the aqueous amine solution (A2) is brought into contact with the calcium ion-containing aqueous solution (B) to precipitate exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
The aqueous amine solution (A2) is supplied from the first contact portion (P1-1) to the second contact portion (P1-2) via a supply line 2a.
On the other hand, the calcium ion-containing aqueous solution (B) is stored in a storage tank 31 and is supplied to the second contact part (P1-2) via a supply line 31a.
第二の接触部(P1-2)におけるアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)の接触方法としては、例えば、下記(5)及び(6)の方法等が挙げられる。
(5)反応槽内にアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを導入し、撹拌翼等を用いて撹拌し混合する。
(6)アミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とをラインミキサー等に導入し、撹拌翼等を用いた撹拌を行うことなく、乱流撹拌等により混合する。
ここで、(5)の方法において、反応槽として、液相中に析出して分散混合される排ガス由来炭酸カルシウム(X)を、重力の作用で沈降させて液相から分離することができる、シックナー沈降分離装置を用いることが好ましい。この場合、第二の接触部(P1-2)は、後述する回収部(Q)の機能を兼ね備えることができる。
第二の接触部(P1-2)におけるアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との接触の際の各溶液の温度は、10℃~45℃、好ましくは25℃~40℃である。
また、第二の接触部(P1-2)へのアミン水溶液(A2)の供給量とカルシウムイオン含有水溶液(B)の供給量との比率は、アミン水溶液(A2)の二酸化炭素(炭酸イオン)モル量と、カルシウムイオンモル量とが、当量程度となるように適宜調整される。
なお、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の析出は短時間で起こる。また、上記ポリアミンを用いることで高pH化を防ぐことができるため、水酸化マグネシウムの析出を抑えつつ、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させやすいという利点もある。
Examples of the method for contacting the aqueous amine solution (A2) with the aqueous calcium ion-containing solution (B) in the second contact portion (P1-2) include the following methods (5) and (6).
(5) The aqueous amine solution (A2) and the aqueous calcium ion-containing solution (B) are introduced into a reaction vessel, and are mixed by stirring using a stirring blade or the like.
(6) The aqueous amine solution (A2) and the aqueous calcium ion-containing solution (B) are introduced into a line mixer or the like, and mixed by turbulent stirring or the like without stirring using an impeller or the like.
In the method (5), it is preferable to use a thickener sedimentation device as the reaction tank, which can separate the flue-gas-derived calcium carbonate (X), which is precipitated and dispersed in the liquid phase, from the liquid phase by sedimenting it under the action of gravity. In this case, the second contact section (P1-2) can also function as a recovery section (Q) described later.
The temperature of each solution during contact between the aqueous amine solution (A2) and the aqueous calcium ion-containing solution (B) in the second contact portion (P1-2) is 10°C to 45°C, preferably 25°C to 40°C.
In addition, the ratio of the amount of the amine aqueous solution (A2) supplied to the second contact portion (P1-2) to the amount of the calcium ion-containing aqueous solution (B) supplied is appropriately adjusted so that the molar amount of carbon dioxide (carbonate ions) in the amine aqueous solution (A2) is approximately equivalent to the molar amount of calcium ions.
The precipitation of the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) occurs in a short time. In addition, the use of the polyamine can prevent the pH from becoming high, which has the advantage of making it easier to precipitate the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) while suppressing the precipitation of magnesium hydroxide.
<第一の接触工程(S1-1)と第二の接触工程(S1-2)の好ましい態様>
第一の接触工程(S1-1)は、図7に示すように、複数の第一の接触部において実施されることが好ましい。
また、第二の接触工程(S1-2)も、図7に示すように、複数の第二の接触部において実施されることが好ましい。
具体的には、1基目(第一の接触部(P1-1))ではアミン水溶液(A1)を製造し、排ガス(C)を接触させて、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する。そして、2基目(第一の接触部(P1-1)’)には既に調製されたアミン水溶液(A2)を準備しておくことで、1基目においてアミン水溶液(A2)を調製している間に、2基目から第二の接触部にアミン水溶液(A2)を供給し、第二の接触工程(S1-2)を実施することができる。
第二の接触部においても同様に、1基目(第二の接触部(P1-2))でアミン水溶液(A2)とカルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる。その間、2基目(第二の接触部(P1-2)’)では、アミン水溶液(A2)を受け入れることができる。または、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の回収部への払い出しを行うことができる。
<Preferable aspects of the first contact step (S1-1) and the second contact step (S1-2)>
The first contact step (S1-1) is preferably carried out at a plurality of first contact portions as shown in FIG.
Moreover, the second contact step (S1-2) is also preferably carried out at a plurality of second contact portions as shown in FIG.
Specifically, in the first unit (first contact part (P1-1)), an amine aqueous solution (A1) is produced, and the exhaust gas (C) is brought into contact with the aqueous amine solution (A2) to prepare an aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C). Then, by preparing an already prepared aqueous amine solution (A2) in the second unit (first contact part (P1-1)'), while the aqueous amine solution (A2) is being prepared in the first unit, the aqueous amine solution (A2) can be supplied from the second unit to the second contact part to carry out the second contact step (S1-2).
Similarly, in the second contact section, the amine aqueous solution (A2) is brought into contact with the calcium ion-containing aqueous solution (B) in the first contact section (second contact section (P1-2)) to precipitate the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X). Meanwhile, the amine aqueous solution (A2) can be received in the second contact section (second contact section (P1-2)'). Alternatively, the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) can be discharged to a recovery section.
また、図8に示すように、第二の接触部(P1-2)を備えることなく、第一の接触部(P1-1)にて、第一の接触工程(S1-1)及び第二の接触工程(S1-2)を行うことも可能である。この場合にも、第一の接触部(P1-1)を複数備えることで、回収部(Q)への排ガス由来炭酸カルシウム(X)の連続供給が可能となる。 Also, as shown in FIG. 8, it is possible to carry out the first contact step (S1-1) and the second contact step (S1-2) in the first contact section (P1-1) without providing a second contact section (P1-2). In this case, too, by providing multiple first contact sections (P1-1), it becomes possible to continuously supply the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) to the recovery section (Q).
第一の接触部(P1-1)と第二の接触部(P1-2)を、複数とするか単数とするか、あるいは第一の接触部にて第一の接触工程(S1-1)及び第二の接触工程(S1-2)を実施するかは、目的とする二酸化炭素の固定量等の条件・要求に応じて選択することができる。 Whether the first contact section (P1-1) and the second contact section (P1-2) are multiple or single, or whether the first contact step (S1-1) and the second contact step (S1-2) are carried out in the first contact section, can be selected according to conditions and requirements such as the desired amount of carbon dioxide fixed.
また、第一の接触部(P1-1)を密閉された反応塔を用いた交流接触方式とし、第二の接触部(P1-2)を連続式撹拌槽型反応器やラインミキサーとすることで、プロセス全体を連続式とすることができる。 In addition, the entire process can be made continuous by using an alternating current contact method with a sealed reaction tower in the first contact section (P1-1) and a continuous stirred tank reactor or line mixer in the second contact section (P1-2).
<回収工程(T)>
回収工程(T)では、第二の接触工程(S1-2)において生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する。
排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、析出して沈殿するので、濾過及び遠心分離等から選択される1種以上の固液分離処理により、分離して回収することができる。
排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、回収部(Q)において回収される。図6~図9に示す製造システム1a、1a’、1a’’、及び11aにおいて、回収部(Q)は、例えばサブタンクであり、第二の接触工程(S1-2)で得られた排ガス由来炭酸カルシウム(X)を含む液相をサブタンク等に移送し、サブタンク内で固液分離処理が行われて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が回収される。
なお、既述のように、第二の接触部(P1-2)において、反応槽としてシックナー沈降分離装置を用いた場合には、第二の接触部(P1-2)は、回収部(Q)の機能を兼ね備えることができる。
<Recovery process (T)>
In the recovery step (T), the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) produced in the second contact step (S1-2) is recovered.
The exhaust gas-derived calcium carbonate (X) precipitates and can be separated and recovered by one or more solid-liquid separation treatments selected from filtration, centrifugation, and the like.
The exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) is recovered in a recovery section (Q). In the production systems 1a, 1a', 1a'', and 11a shown in Figs. 6 to 9, the recovery section (Q) is, for example, a sub-tank, and the liquid phase containing the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) obtained in the second contact step (S1-2) is transferred to the sub-tank or the like, and solid-liquid separation treatment is performed in the sub-tank, and the exhaust-gas-derived calcium carbonate (X) is recovered.
As described above, when a thickener sedimentation apparatus is used as a reaction tank in the second contact section (P1-2), the second contact section (P1-2) can also function as a recovery section (Q).
回収した排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、必要に応じて水洗し、さらに乾燥して、施設Z11に供給してもよい。 The recovered exhaust gas-derived calcium carbonate (X) may be washed with water, if necessary, and then dried before being supplied to facility Z11.
<アミン化合物回収・供給工程(U)>
アミン化合物回収工程(U)では、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、第一の接触工程(S1-1)において用いるアミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給する。
アミン回収・供給工程(U)により、アミン化合物(A)を製造方法及び固定化システムの系内で繰り返し利用することが可能となり、アミン化合物(A)にかかるコスト等を抑えることができる。
また、アミン化合物(A)を循環利用することで、アミン化合物(A)の合成原料調達時及び合成時等に生じる二酸化炭素排出量を削減する効果も奏される。
<Amine compound recovery and supply step (U)>
In the amine compound recovery step (U), the amine compound (A) is recovered from the liquid phase remaining after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and supplied as at least a part of the amine compound (A) in the aqueous amine solution (A1) used in the first contact step (S1-1).
The amine recovery/supply step (U) enables the amine compound (A) to be repeatedly reused in the production method and immobilization system, thereby reducing the costs, etc., associated with the amine compound (A).
In addition, recycling the amine compound (A) also has the effect of reducing the amount of carbon dioxide emission generated during procurement of raw materials for synthesis of the amine compound (A) and during synthesis, etc.
以下、アミン化合物回収・供給工程(U)において行われる、アミン化合物(A)の回収方法及び回収したアミン化合物(A)の供給方法について、詳細に説明する。 The method for recovering amine compound (A) and the method for supplying the recovered amine compound (A) carried out in the amine compound recovery/supply step (U) are described in detail below.
(アミン化合物の回収方法)
排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からのアミン化合物(A)の回収は、例えば、以下に説明する、吸着剤を利用した方法により行うことができる。ここで説明する方法は、イオン交換クロマトグラフィーの原理と方法と同等である。アミン化合物(A)の回収は、既知の方法を利用すれば良く、吸着剤を利用した方法に限定されるものではい。具体的には電気透析法、透析膜法、限界濾過法を用いることができる。
(Method for recovering amine compound)
The recovery of the amine compound (A) from the liquid phase after the flue gas-derived calcium carbonate (X) has precipitated can be carried out, for example, by a method using an adsorbent, which will be described below. The method described here is equivalent to the principle and method of ion exchange chromatography. The recovery of the amine compound (A) can be carried out by any known method, and is not limited to a method using an adsorbent. Specifically, an electrodialysis method, a dialysis membrane method, or an ultrafiltration method can be used.
-吸着剤-
吸着剤は、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相を接触させることで、アミン化合物(A)を回収することができる固体状の吸着剤が用いられる。
固体状の吸着剤としては、例えば、-SO3M(Mは、水素原子又はアルカリ金属を示す)で表される置換基を有するものが用いられる。
Mとして選択し得るアルカリ金属は、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、又はフランシウム(Fr)である。
水溶性及び操作性の観点から、Mは、Na又は水素原子であることが好ましい。
なお、固体状の吸着剤は、1種を単独で用いてもよいし、Mが異なる2種以上の固体状の吸着剤を組み合わせて用いてもよい。
- Adsorbent -
As the adsorbent, a solid adsorbent capable of recovering the amine compound (A) by contacting the liquid phase after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is used.
As the solid adsorbent, for example, one having a substituent represented by -SO 3 M (M represents a hydrogen atom or an alkali metal) is used.
The alkali metals that may be selected for M are lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), or francium (Fr).
From the viewpoints of water solubility and operability, M is preferably an Na or hydrogen atom.
The solid adsorbent may be used alone or in combination of two or more solid adsorbents having different M's.
固体状の吸着剤は、担体に上記置換基が結合することで、アミン化合物(A)の回収機能を発揮する。担体としては、上記置換基が結合可能であれば特に限定されないが、例えば、シリカゲル、アルミナ、ガラス、カオリン、マイカ、タルク、クレイ、水和アルミナ、ウォラストナイト、鉄粉、チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、炭化珪素、窒化珪素、炭酸カルシウム、炭素、硫酸バリウム、ボロン、フェライト、セルロース、及び活性炭等が挙げられる。
担体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The solid adsorbent exerts a recovery function of the amine compound (A) by bonding the above-mentioned substituent to the carrier. The carrier is not particularly limited as long as the above-mentioned substituent can be bonded thereto, and examples thereof include silica gel, alumina, glass, kaolin, mica, talc, clay, hydrated alumina, wollastonite, iron powder, potassium titanate, titanium oxide, zinc oxide, silicon carbide, silicon nitride, calcium carbonate, carbon, barium sulfate, boron, ferrite, cellulose, and activated carbon.
The carrier may be used alone or in combination of two or more kinds.
固体状の吸着剤の形状は特に限定されず、例えば、粉末状、粒状、シート状であってもよい。また、固体状の吸着剤の粉末や粒子を充填したカートリッジ、カラム、又は漏斗等であってもよい。 The shape of the solid adsorbent is not particularly limited, and may be, for example, a powder, granule, or sheet. It may also be a cartridge, column, or funnel filled with powder or particles of the solid adsorbent.
-液相と固体状の吸着剤との接触-
排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相と固体状の吸着剤とを接触させることで、アミン化合物(A)が固体状の吸着剤に回収される。この際、液相のpHは1~7であることが好ましい。また、液相の温度は特に限定されないが、好ましくは20℃~40℃である。
- Contact between liquid phase and solid adsorbent -
The liquid phase after the flue gas-derived calcium carbonate (X) is precipitated is brought into contact with a solid adsorbent, whereby the amine compound (A) is recovered in the solid adsorbent. In this case, the pH of the liquid phase is preferably 1 to 7. The temperature of the liquid phase is not particularly limited, but is preferably 20° C. to 40° C.
排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相と固体状の吸着剤とを接触方法は、特に制限されないが、取り扱いの容易性等の観点から、固体状の吸着剤の粉末や粒子を充填したカートリッジ、カラム、又は漏斗を用い、これに液相を流通させることが好ましい。 The method for contacting the liquid phase after the flue gas-derived calcium carbonate (X) has precipitated with the solid adsorbent is not particularly limited, but from the standpoint of ease of handling, etc., it is preferable to use a cartridge, column, or funnel filled with powder or particles of the solid adsorbent and pass the liquid phase through it.
-アミン化合物(A)の溶出-
固体状の吸着剤に回収されたアミン化合物(A)は、固体状の吸着剤に溶出液を接触させることで、溶出液中に溶出させて回収することができる。
溶出液としては、塩基性化合物を含有する水溶液(有機溶媒を添加もしくは一部を置換したものを含む)が挙げられる。
塩基性化合物は、回収対象であるアミン化合物(A)との間で化学的反応を実質的に生じないものであって、水に溶解ないし混和可能なものを適宜用いることができる。好ましい塩基性化合物としては、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、ヒスチジン、ジアザビシクロウンデセン、及びこれらの混合物などが挙げられる。
-Elution of amine compound (A)-
The amine compound (A) recovered in the solid adsorbent can be recovered by being eluted in an eluate by contacting the solid adsorbent with the eluate.
The eluent may be an aqueous solution containing a basic compound (including an aqueous solution to which an organic solvent has been added or partly substituted).
The basic compound may be any compound that does not substantially undergo a chemical reaction with the amine compound (A) to be recovered and is soluble or miscible in water. Preferred basic compounds include, for example, ammonia, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, triethylamine, pyridine, histidine, diazabicycloundecene, and mixtures thereof.
塩基性化合物の濃度は、アミン化合物(A)の溶出効率向上の観点から、塩基性化合物と有機溶媒との合計100質量%を基準として、0.5質量%~10質量%が好ましい。 From the viewpoint of improving the elution efficiency of the amine compound (A), the concentration of the basic compound is preferably 0.5% by mass to 10% by mass, based on 100% by mass of the total of the basic compound and the organic solvent.
有機溶媒は、回収対象であるアミン化合物(A)と塩基性化合物とを溶解する一般的な有機溶媒を用いることができるが、操作性等の観点から、低粘性、低沸点の有機溶媒が好ましく、更には水と均一に混合するものが好ましい。例えば、メタノール、エタノール、及び2-プロパノール等の炭素数1~3の低級アルコール;アセトン;アセトニトリル等が挙げられる。
なお、有機溶媒は、塩基性化合物を含有する水溶液の調整のために少量添加または混合してもよいが、塩基性化合物を含有する水溶液は、有機溶媒を含まないことが好ましい。
As the organic solvent, a general organic solvent capable of dissolving the amine compound (A) and the basic compound to be recovered can be used, but from the viewpoint of operability, etc., an organic solvent having a low viscosity and a low boiling point is preferred, and furthermore, one that can be mixed uniformly with water is preferred. Examples of the organic solvent include lower alcohols having 1 to 3 carbon atoms, such as methanol, ethanol, and 2-propanol; acetone; acetonitrile, etc.
Although a small amount of an organic solvent may be added or mixed in order to adjust the aqueous solution containing the basic compound, it is preferable that the aqueous solution containing the basic compound does not contain an organic solvent.
アミン化合物(A)を溶出液に溶出させる際の溶出液の温度は特に限定されないが、一般には、20~40℃である。 The temperature of the eluent when dissolving the amine compound (A) into the eluent is not particularly limited, but is generally 20 to 40°C.
固体状の吸着剤に回収されたアミン化合物(A)を溶出させる方法は、特に制限されないが、取り扱いの容易性等の観点から、固体状の吸着剤の粉末や粒子を充填したカートリッジ、カラム、又は漏斗を用いる場合には、これに排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相を流通させてアミンを回収した後、アミン化合物(A)が回収された固体状の吸着剤に溶出液を流通させて、当該溶出液中にアミン化合物(A)を溶出させて回収する方法が挙げられる。
したがって、アミン化合物回収・供給部(R)を構成するアミン化合物回収手段としては、例えば、供給ライン51aから供給される液相を流通させて、アミン化合物(A)を回収するための、固体状の吸着剤の粉末や粒子を充填したカートリッジ、カラム、又は漏斗と、当該カートリッジ、カラム、又は漏斗に溶出液を流通させる供給ライン(不図示)とを備える構成が挙げられる。
The method for eluting the amine compound (A) recovered in the solid adsorbent is not particularly limited. From the viewpoint of ease of handling, etc., when a cartridge, column, or funnel filled with powder or particles of a solid adsorbent is used, a method may be mentioned in which a liquid phase after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is passed through the cartridge, column, or funnel to recover the amine, and then the eluate is passed through the solid adsorbent in which the amine compound (A) has been recovered, to elute and recover the amine compound (A) in the eluate.
Therefore, the amine compound recovery means constituting the amine compound recovery/supply section (R) may be, for example, a configuration including a cartridge, column, or funnel filled with solid adsorbent powder or particles for circulating the liquid phase supplied from supply line 51a to recover amine compound (A), and a supply line (not shown) for circulating the eluate through the cartridge, column, or funnel.
(アミン化合物(A)の供給方法)
溶出液中に回収されたアミン化合物(A)は、供給ライン51bを介して、貯留タンク21に供給される。これにより、第一実施形態の製造方法及び固定化システムにおいて、アミン化合物(A)が系内で循環利用される。
なお、溶出液中に回収されたアミン化合物(A)は、溶出液ごと貯留タンク21に供給してもよいし、溶出液の少なくとも一部を分離してアミン化合物(A)を濃縮した後、貯留タンク21に供給してもよい。
(Method of Supplying Amine Compound (A))
The amine compound (A) recovered in the eluate is supplied to the storage tank 21 via the supply line 51b. In this way, in the production method and immobilization system of the first embodiment, the amine compound (A) is circulated within the system.
The amine compound (A) recovered in the eluate may be supplied to the storage tank 21 together with the eluate, or at least a portion of the eluate may be separated to concentrate the amine compound (A) and then supplied to the storage tank 21.
なお、上述したアミン化合物回収・供給工程(U)では、固体状の吸着剤を用いてアミン化合物(A)を回収する例を説明したが、アミン化合物(A)の回収は、この方法には限定されず、例えば、イオン交換膜電解装置、逆浸透膜装置、電気透析装置、拡散透析装置、イオン交換樹脂を備える装置等を用いて行うようにしてもよい。
したがって、第一実施形態の製造システムは、アミン化合物回収・供給工程(U)を実施するためのアミン化合物回収・供給部(R)として、イオン交換膜電解装置、逆浸透膜装置、電気透析装置、拡散透析装置、又はイオン交換樹脂を備える装置を備えていてもよい。 また、アミン化合物(A)として、生体アミンから誘導される基を含むポリマーを用いる場合、アミン化合物を、限界濾過膜(UF膜)で回収するようにしてもよい。
In the above-mentioned amine compound recovering/supplying step (U), an example in which amine compound (A) is recovered using a solid adsorbent has been described. However, the recovery of amine compound (A) is not limited to this method, and may be performed using, for example, an ion exchange membrane electrolysis device, a reverse osmosis membrane device, an electrodialysis device, a diffusion dialysis device, a device equipped with an ion exchange resin, or the like.
Therefore, the production system of the first embodiment may include an ion exchange membrane electrolysis device, a reverse osmosis membrane device, an electrodialysis device, a diffusion dialysis device, or a device equipped with an ion exchange resin as the amine compound recovery/supply section (R) for carrying out the amine compound recovery/supply step (U). In addition, when a polymer containing a group derived from a biogenic amine is used as the amine compound (A), the amine compound may be recovered using an ultrafiltration membrane (UF membrane).
[第二実施形態の製造方法]
第二実施形態の製造方法の一例を図10に示す。
図10に示す製造方法は、工程(S)として、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、排ガス(C)とを同時に接触させる接触工程(S2)を含む。
さらに、図10に示す製造方法は、工程(S)の後に、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収工程(T)を含む。
排ガス(C)は、施設Z11から供給される。また、排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、供給手段Z21により施設Z11に供給される。これにより、施設Z11から排出される二酸化炭素が系内で循環利用され、二酸化炭素排出量が削減される。
[Manufacturing method of the second embodiment]
An example of the manufacturing method according to the second embodiment is shown in FIG.
The production method shown in FIG. 10 includes, as step (S), a contacting step (S2) of simultaneously contacting one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines with a calcium ion-containing aqueous solution (B) and exhaust gas (C).
Furthermore, the production method shown in FIG. 10 includes a recovery step (T) of recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) after the step (S).
Exhaust gas (C) is supplied from a facility Z11. In addition, exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is supplied to the facility Z11 by a supply means Z21. As a result, carbon dioxide discharged from the facility Z11 is recycled within the system, and the amount of carbon dioxide emission is reduced.
第二実施形態の製造方法では、接触工程(S2)において、アミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、排ガス(C)とを、同時に接触するようにしている。したがって、アミン化合物(A)に起因するカルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を、カルシウムイオン含有水溶液(B)中に生成した、排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンによって抑えながら、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を効率よく生成することができる。 In the manufacturing method of the second embodiment, in the contact step (S2), the amine compound (A), the calcium ion-containing aqueous solution (B), and the exhaust gas (C) are contacted simultaneously. Therefore, exhaust gas-derived calcium carbonate (X) can be efficiently produced while suppressing the increase in pH of the calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by the amine compound (A) by carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) produced in the calcium ion-containing aqueous solution (B).
また、第二実施形態の製造方法においても、図11に示すように、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、工程(S)において用いるアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給工程(U)をさらに含むことが好ましい。 In addition, in the manufacturing method of the second embodiment, as shown in FIG. 11, it is preferable to further include an amine compound recovery/supply step (U) in which amine compound (A) is recovered from the liquid phase after the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) has precipitated, and supplied as at least a part of the amine compound (A) used in step (S).
次に、第二実施形態の製造方法を実施するための製造システムの一例を図12に示す。
図12に示す製造システム1bは、接触部(P2)及び回収部(Q)を少なくとも備える。
接触部(P2)では、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、排ガス(C)とを同時に接触させて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる。
回収部(Q)では、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する。
Next, an example of a manufacturing system for carrying out the manufacturing method of the second embodiment is shown in FIG.
A production system 1b shown in FIG. 12 includes at least a contact section (P2) and a recovery section (Q).
In the contacting section (P2), one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, a calcium ion-containing aqueous solution (B), and an exhaust gas (C) are simultaneously contacted with each other to precipitate exhaust-gas-derived calcium carbonate (X).
In the recovery section (Q), calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas is recovered.
図12に示す製造システム1bでは、アミン化合物(A)は、アミン水溶液(A1)として、貯留タンク21に収容され、アミン水溶液(A1)が供給ライン21aを介して、接触部(P2)に供給される。
カルシウムイオン含有水溶液(B)は、貯留タンク31に収容され、供給ライン31aを介して、接触部(P2)に供給される。
排ガス(C)は、施設Z11から供給され、例えばブロア22により、供給ライン22aを介して接触部(P2)に供給される。
アミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、排ガス(C)とは、接触部(P2)にて同時に接触し、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が生成する。
なお、アミン化合物(A)は、アミン水溶液(A1)として接触部(P2)に供給される態様には限定されず、アミン化合物(A)を接触部(P2)に直接供給する態様であってもよい。
In the production system 1b shown in FIG. 12, the amine compound (A) is stored as an aqueous amine solution (A1) in a storage tank 21, and the aqueous amine solution (A1) is supplied to the contact part (P2) via a supply line 21a.
The calcium ion-containing aqueous solution (B) is stored in a storage tank 31 and supplied to the contact part (P2) via a supply line 31a.
Exhaust gas (C) is supplied from the facility Z11 and is supplied to the contact section (P2) via a supply line 22a, for example, by a blower 22.
The amine compound (A) in the aqueous amine solution (A1), the calcium ion-containing aqueous solution (B), and the exhaust gas (C) are simultaneously contacted at the contact portion (P2) to produce exhaust-gas-derived calcium carbonate (X).
The amine compound (A) is not limited to being supplied to the contact portion (P2) as the aqueous amine solution (A1), and may be directly supplied to the contact portion (P2).
なお、図示省略するが、第二実施形態の製造方法を実施するための製造システムにおいて、接触部(P2)は、複数備えられていてもよい。 Although not shown, a manufacturing system for implementing the manufacturing method of the second embodiment may be provided with multiple contact portions (P2).
また、第二実施形態の製造方法を実施するための本実施形態の製造システムの好ましい態様の一例を図13に示す。
図13に示す製造システム11bは、接触部(P2)及び回収部Qに加えて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、接触部(P2)において使用するアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給部(R)をさらに備える。
FIG. 13 shows an example of a preferred embodiment of a manufacturing system of this embodiment for carrying out the manufacturing method of the second embodiment.
The production system 11b shown in FIG. 13 further includes, in addition to the contact section (P2) and the recovery section Q, an amine compound recovery/supply section (R) that recovers the amine compound (A) from the liquid phase after the precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and supplies it as at least a part of the amine compound (A) to be used in the contact section (P2).
なお、第二実施形態において、第一実施形態と共通する態様及び構成については、好適な態様及び構成も第一実施形態と同様であり説明は省略する。
例えば、第二実施形態で用いられるアミン化合物(A)、アミン水溶液(A1)、カルシウムイオン含有水溶液(B)、及び排ガス(C)は、第一実施形態と同様であり、好適態様等も第一実施形態と同様である。
また、回収工程(T)、アミン化合物回収・供給工程(U)、回収部(Q)、及びアミン化合物回収・供給部(R)も、第一実施形態と同様であり、好適態様等も第一実施形態と同様である。
In the second embodiment, the aspects and configurations common to the first embodiment are also similar to the first embodiment in terms of the preferred aspects and configurations, and therefore the description thereof will be omitted.
For example, the amine compound (A), the amine aqueous solution (A1), the calcium ion-containing aqueous solution (B), and the exhaust gas (C) used in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and preferred aspects and the like are also the same as those in the first embodiment.
In addition, the recovery step (T), the amine compound recovery/supply step (U), the recovery section (Q), and the amine compound recovery/supply section (R) are also the same as those in the first embodiment, and preferred embodiments and the like are also the same as those in the first embodiment.
[第三実施形態の製造方法]
第三実施形態の製造方法の一例を図14に示す。
図14に示す製造方法は、工程(S)として、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、アミン化合物(A)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)を調製する第一の接触工程(S3-1)、及び第一の接触工程(S3-1)の後に、混合液(AB)と、排ガス(C)とを接触させる第二の接触工程(S3-2)を含む。
さらに、図14に示す製造方法は、工程(S)の後に、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収工程(T)を含む。
排ガス(C)は、施設Z11から供給される。また、排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、供給手段Z21により施設Z11に供給される。これにより、施設Z11から排出される二酸化炭素が系内で循環利用され、二酸化炭素排出量が削減される。
[Manufacturing method of the third embodiment]
An example of a manufacturing method according to the third embodiment is shown in FIG.
The production method shown in FIG. 14 includes, as steps (S), a first contact step (S3-1) of contacting one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines with a calcium ion-containing aqueous solution (B) to prepare a mixed solution (AB) of the amine compound (A) and the calcium ion-containing aqueous solution (B), and a second contact step (S3-2) of contacting the mixed solution (AB) with exhaust gas (C) after the first contact step (S3-1).
Furthermore, the production method shown in FIG. 14 includes a recovery step (T) of recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) after the step (S).
Exhaust gas (C) is supplied from a facility Z11. In addition, exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is supplied to the facility Z11 by a supply means Z21. As a result, carbon dioxide discharged from the facility Z11 is recycled within the system, and the amount of carbon dioxide emission is reduced.
アミン化合物(A)とカルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)に、排ガス(C)を接触させることでも、アミン化合物(A)に起因するカルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を抑えながら、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を効率よく生成することができる。
但し、pH上昇をより抑制しやすくして、排ガス由来炭酸カルシウム(X)をより効率よく生成する観点から、混合液(AB)の調製後、できる限り速やかに、排ガス(C)を接触させることが好ましい。
By bringing the exhaust gas (C) into contact with a mixed liquid (AB) of the amine compound (A) and the calcium ion-containing aqueous solution (B), it is also possible to efficiently produce the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) while suppressing an increase in pH of the calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by the amine compound (A).
However, from the viewpoint of more easily suppressing an increase in pH and more efficiently producing the exhaust gas-derived calcium carbonate (X), it is preferable to contact the mixed liquid (AB) with the exhaust gas (C) as soon as possible after the preparation of the mixed liquid (AB).
また、第三実施形態の製造方法においても、図15に示すように、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、第一の接触工程(S3-1)において用いるアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給工程(U)をさらに含むことが好ましい。 In addition, in the manufacturing method of the third embodiment, as shown in FIG. 15, it is preferable to further include an amine compound recovery/supply step (U) in which an amine compound (A) is recovered from the liquid phase after the flue gas-derived calcium carbonate (X) has precipitated, and supplied as at least a portion of the amine compound (A) used in the first contact step (S3-1).
次に、第三実施形態の製造方法を実施するための製造システムの一例を図16に示す。
図16に示す製造システム1cは、第一の接触部(P3-1)、第二の接触部(P3-2)、及び回収部(Q)を少なくとも備える。
第一の接触部(P3-1)では、生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)を調製する。
第二の接触部(P3-2)では、混合液(AB)と、排ガス(C)とを接触させて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる。
回収部(Q)では、排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する。
Next, an example of a manufacturing system for carrying out the manufacturing method according to the third embodiment is shown in FIG.
A production system 1c shown in FIG. 16 includes at least a first contact section (P3-1), a second contact section (P3-2), and a recovery section (Q).
In the first contact portion (P3-1), a mixed solution (AB) of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, and a calcium ion-containing aqueous solution (B) is prepared.
In the second contact section (P3-2), the mixed liquid (AB) is brought into contact with the exhaust gas (C) to precipitate calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas.
In the recovery section (Q), calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas is recovered.
図16に示す製造システム1cでは、アミン化合物(A)は、アミン水溶液(A1)として、貯留タンク21に収容され、アミン水溶液(A1)が供給ライン21aを介して、第一の接触部(P3-1)に供給される。
カルシウムイオン含有水溶液(B)は、貯留タンク31に収容され、供給ライン31aを介して、第一の接触部(P3-1)に供給される。
アミン水溶液(A1)中のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とは、第一の接触部(P3-1)で接触して混合され、混合液(AB)が調製される。
混合液(AB)は、供給ライン2aを介して第二の接触部(P3-2)に供給される。第二の接触部(P3-2)中の混合液(AB)は、施設Z11から供給され、例えばブロア22により、供給ライン22aを介して第二の接触部(P3-2)に供給される、排ガス(C)と接触し、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が生成する。
なお、アミン化合物(A)は、アミン水溶液(A1)として第一の接触部(P3-1)に供給される態様には限定されず、アミン化合物(A)を第一の接触部(P3-1)に直接供給する態様であってもよい。
In the production system 1c shown in FIG. 16, the amine compound (A) is stored as an aqueous amine solution (A1) in a storage tank 21, and the aqueous amine solution (A1) is supplied to the first contact part (P3-1) via a supply line 21a.
The calcium ion-containing aqueous solution (B) is stored in a storage tank 31 and is supplied to the first contact part (P3-1) via a supply line 31a.
The amine compound (A) in the aqueous amine solution (A1) and the calcium ion-containing aqueous solution (B) are contacted and mixed at the first contact portion (P3-1) to prepare a mixed solution (AB).
The mixed liquid (AB) is supplied to a second contact section (P3-2) via a supply line 2a. The mixed liquid (AB) in the second contact section (P3-2) comes into contact with an exhaust gas (C) that is supplied from a facility Z11 and is supplied to the second contact section (P3-2) via a supply line 22a by, for example, a blower 22, to generate an exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
The amine compound (A) is not limited to the embodiment in which it is supplied to the first contact portion (P3-1) as the aqueous amine solution (A1), and may be directly supplied to the first contact portion (P3-1).
また、図示省略するが、第二実施形態の製造方法を実施するための製造システムにおいて、第一の接触部(P3-1)は、1つ備えられていてもよく、複数備えられていてもよい。また、第二の接触部(P3-2)は1つ備えられていてもよく、複数備えられていてもよい。
また、図示省略するが、図16に示す製造システム1cは、第二の接触部(P3-2)を備えることなく、第一の接触部(P3-1)において混合液(AB)と、排ガス(C)とを接触させるようにすることが好ましい。このような構成を採用することで、第一の接触部(P3-1)において混合液(AB)を調製した後、速やかに排ガス(C)を接触させやすく、排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成効率をより向上させやすい。
Although not shown, in a manufacturing system for carrying out the manufacturing method of the second embodiment, the number of the first contact portion (P3-1) may be one or more, and the number of the second contact portion (P3-2) may be one or more.
16 does not include the second contact section (P3-2), and the mixed liquid (AB) and the exhaust gas (C) are preferably brought into contact with each other in the first contact section (P3-1). By adopting such a configuration, after the mixed liquid (AB) is prepared in the first contact section (P3-1), the mixed liquid (AB) is easily brought into contact with the exhaust gas (C) quickly, and the production efficiency of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is easily improved.
また、第三実施形態の製造方法を実施するための本実施形態の製造システムの好ましい態様の一例を図17に示す。
図17に示す製造システム11cは、第一の接触部(P3-1)、第二の接触部(P3-2)、及び回収部(Q)に加えて、排ガス由来炭酸カルシウム(X)が析出した後の液相からアミン化合物(A)を回収し、第一の接触部(P3-1)において使用するアミン化合物(A)の少なくとも一部として供給するアミン化合物回収・供給部(R)をさらに備える。
FIG. 17 shows an example of a preferred embodiment of a manufacturing system of this embodiment for carrying out the manufacturing method of the third embodiment.
A production system 11c shown in FIG. 17 includes, in addition to the first contact part (P3-1), the second contact part (P3-2), and the recovery part (Q), an amine compound recovery/supply part (R) that recovers an amine compound (A) from the liquid phase after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and supplies the amine compound (A) as at least a part of the amine compound (A) used in the first contact part (P3-1).
なお、第三実施形態において、第一実施形態と共通する態様及び構成については、好適な態様及び構成も第一実施形態と同様であり説明は省略する。
例えば、第三実施形態で用いられるアミン化合物(A)、アミン水溶液(A1)、カルシウムイオン含有水溶液(B)、及び排ガス(C)は、第一実施形態と同様であり、好適態様等も第一実施形態と同様である。
また、回収工程(T)、アミン化合物回収・供給工程(U)、回収部(Q)、及びアミン化合物回収・供給部(R)も、第一実施形態と同様であり、好適態様等も第一実施形態と同様である。
In the third embodiment, aspects and configurations common to the first embodiment, including preferred aspects and configurations, are the same as those in the first embodiment, and therefore description thereof will be omitted.
For example, the amine compound (A), the amine aqueous solution (A1), the calcium ion-containing aqueous solution (B), and the exhaust gas (C) used in the third embodiment are the same as those in the first embodiment, and preferred aspects and the like are also the same as those in the first embodiment.
In addition, the recovery step (T), the amine compound recovery/supply step (U), the recovery section (Q), and the amine compound recovery/supply section (R) are also the same as those in the first embodiment, and preferred embodiments and the like are also the same as those in the first embodiment.
なお、上述した第一実施形態の製造方法、第二実施形態の製造方法、及び第三実施形態の製造方法では、アミン化合物(A)の存在下で、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンとを接触させるようにしている。但し、カルシウムイオン含有水溶液(B)のマグネシウムイオン濃度がカルシウムイオン濃度と比較して低濃度であり、カルシウムイオンが主要な構成成分である場合には、マグネシウムイオンによる炭酸カルシウム析出阻害が起こり難い。このような場合には、アミン化合物(A)に代えて、水酸化ナトリウム等のアミン化合物(A)以外の塩基を用いるようにしてもよい。 In the manufacturing method of the first embodiment, the manufacturing method of the second embodiment, and the manufacturing method of the third embodiment described above, the calcium ion-containing aqueous solution (B) is contacted with carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) in the presence of the amine compound (A). However, when the magnesium ion concentration of the calcium ion-containing aqueous solution (B) is low compared to the calcium ion concentration and calcium ions are the main constituent, the magnesium ions are unlikely to inhibit calcium carbonate precipitation. In such a case, a base other than the amine compound (A), such as sodium hydroxide, may be used instead of the amine compound (A).
[排ガス由来炭酸カルシウム(X)の生成]
<使用した塩基>
・「塩基1」:アミン化合物(A)としてプトレシン(1,4-ブタンジアミン)を用い、プトレシン濃度を10質量%に調整したアミン水溶液(A1)に、二酸化炭素を導入した、二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)。
なお、二酸化炭素の導入は、0.4Lのアミン水溶液(A1)に対し、エアストーンを介して11~3L/min、平均1.3L/min(いずれも標準状態換算)で出光興産株式会社の所有する石炭ボイラーの燃焼排ガス(CO2ガス濃度12.8%)を5時間添加することにより炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を得た。結果を図18(pHの時間変化)および図19(アミン水溶液中のCO2ガス吸収量の時間変化)に示す。
液中のCO2濃度は、株式会社東亜ディーケーケーのポータブル炭酸ガス濃度計CGP-31を用いて測定した。
液中のpHは、株式会社東興化学研究所のpHメータ TPX-999を用いて測定した。
[Production of exhaust gas-derived calcium carbonate (X)]
<Bases Used>
"Base 1": an aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide, obtained by using putrescine (1,4-butanediamine) as the amine compound (A) and introducing carbon dioxide into an aqueous amine solution (A1) in which the putrescine concentration was adjusted to 10 mass%.
Carbon dioxide was introduced into 0.4 L of the amine aqueous solution (A1) via an air stone at a rate of 11 to 3 L/min, with an average of 1.3 L/min (both calculated under standard conditions), for 5 hours to obtain an amine aqueous solution containing carbonate ions (A2). The results are shown in Figure 18 (changes in pH over time) and Figure 19 (changes in the amount of CO2 gas absorbed into the amine aqueous solution over time).
The CO2 concentration in the liquid was measured using a portable carbon dioxide concentration meter CGP-31 manufactured by DKK Toa Corporation.
The pH in the solution was measured using a pH meter TPX-999 manufactured by Toko Chemical Laboratory Co., Ltd.
<炭酸カルシウムの生成>
続いて、脱マグネシウム海水2Lに、塩基1(アミン水溶液(A2))を0.2L添加した。
脱マグネシウム海水は、海水(天然海水)に石灰乳を添加した後、生成した水酸化マグネシウムスラリーを除去して生成した。脱マグネシウム海水のマグネシウム濃度は、500質量ppm以下である。
続いて、析出した炭酸カルシウムを孔径0.1μmのPTFE製メンブレンフィルターを用いて濾別して、乾燥機で乾燥することによって、排ガス由来炭酸カルシウム(X)20gを得た。
<Production of calcium carbonate>
Next, 0.2 L of base 1 (amine aqueous solution (A2)) was added to 2 L of demagnesium seawater.
The demagnesium-free seawater was produced by adding milk of lime to seawater (natural seawater) and then removing the resulting magnesium hydroxide slurry. The magnesium concentration of the demagnesium-free seawater was 500 ppm by mass or less.
Next, the precipitated calcium carbonate was filtered using a PTFE membrane filter having a pore size of 0.1 μm and dried in a dryer to obtain 20 g of exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
<石灰石膏法による脱硫用石灰石としての利用>
市販の石灰石90g(太平洋セメント株式会社から購入)に排ガス由来炭酸カルシウム(X)10gを混合したものを出光興産株式会社の所有する上記石炭ボイラーの脱硫剤として投入した。脱硫への影響はまったくなかった。
<Use as limestone for desulfurization using the lime-gypsum process>
A mixture of 90 g of commercially available limestone (purchased from Taiheiyo Cement Corporation) and 10 g of calcium carbonate (X) derived from exhaust gas was added as a desulfurization agent to the above-mentioned coal boiler owned by Idemitsu Kosan Co., Ltd. There was no effect on desulfurization at all.
[二酸化炭素削減量の試算]
施設Z11として、乾式炉内脱硫法を採用した施設における脱硫システムZ1a(図2を参照)での二酸化炭素削減量を試算した。
1日当たりの石炭の炉内投入量を600トンと仮定する(600トン/日)。
また、1日当たりの排ガス由来炭酸カルシウム(X)の炉内投入量を35トンと仮定する(35トン/日)。
なお、炉内に投入する石炭に対する排ガス由来炭酸カルシウム(X)の量(対石炭比率)は、乾式炉内脱硫法において一般的な6%と仮定した。
炭酸カルシウム中における排ガス(C)中の二酸化炭素の含有量は、44質量%である。なお、炭酸カルシウムのモル質量は100g/モルであり、二酸化炭素のモル質量は44g/モルである。
したがって、二酸化炭素の回収・循環量は、35トン/日×0.44で試算することができ、15.4トン/日であることが試算された。なお、この値を年換算(365日/年)にすると、5,621トン/年であることが試算された。
したがって、本実施形態の脱硫システムは、二酸化炭素排出量の削減効率に優れることがわかった。
[Estimated carbon dioxide reductions]
The carbon dioxide reduction amount was estimated for the desulfurization system Z1a (see FIG. 2) at the facility Z11 that adopted the dry furnace desulfurization method.
Assume that the amount of coal fed into the furnace per day is 600 tons (600 tons/day).
Also, it is assumed that the amount of calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas fed into the furnace per day is 35 tons (35 tons/day).
The amount of calcium carbonate (X) derived from the exhaust gas relative to the coal charged into the furnace (ratio to coal) was assumed to be 6%, which is typical in the dry furnace desulfurization method.
The carbon dioxide content in the calcium carbonate in the exhaust gas (C) is 44 mass %. The molar mass of calcium carbonate is 100 g/mol, and the molar mass of carbon dioxide is 44 g/mol.
Therefore, the amount of carbon dioxide captured and circulated can be estimated as 35 tons/day x 0.44, which is 15.4 tons/day. When this value is annualized (365 days/year), it is estimated to be 5,621 tons/year.
Therefore, it was found that the desulfurization system of this embodiment has excellent efficiency in reducing carbon dioxide emissions.
Z1 (製造システムが組み込まれた)脱硫システム
Z11 炭酸カルシウムを利用した脱硫方法を採用している施設
Z21 (排ガス由来炭酸カルシウム(X)の)供給装置
1 製造システム
1a、1a’、1a’’、11a (第一実施形態における)製造システム
1b、11b (第二実施形態における)製造システム
1c、11c (第三実施形態における)製造システム
(P1-1)、(P1-1)’ (第一実施形態における)第一の接触部
(P2) (第二実施形態における)接触部
(P3-1) (第三実施形態における)第一の接触部
2a (第一の接触部から第二の接触部への)供給ライン
21 (アミン水溶液(A1)の)貯留タンク
21a (アミン水溶液(A1)の)供給ライン
22 ブロア
22a (排ガス(C)の)供給ライン
(P1-2)、(P1-2)’ (第一実施形態における)第二の接触部
(P3-2) (第三実施形態における)第二の接触部
31 (カルシウムイオン含有水溶液(B)の)貯留タンク
31a (カルシウムイオン含有水溶液(B)の)供給ライン
(Q) 回収部
(R) アミン化合物回収・供給部
51a (回収部からアミン化合物回収・供給部への)供給ライン
51b (アミン化合物回収・供給部からアミン水溶液(A1)の貯留タンクへの)供給ライン
Z1 Desulfurization system Z11 (incorporating a production system) Facility Z21 employing a desulfurization method using calcium carbonate Supply device 1 (for exhaust gas-derived calcium carbonate (X)) Production systems 1a, 1a', 1a'', 11a Production systems 1b, 11b (in the first embodiment) Production systems 1c, 11c (in the second embodiment) Production systems (P1-1), (P1-1)' (in the third embodiment) First contact section (P2) (in the first embodiment) Contact section (P3-1) (in the second embodiment) First contact section 2a (in the third embodiment) Supply line 21 (from the first contact section to the second contact section) Storage tank 21a (for the aqueous amine solution (A1)) Supply line 22 (for the aqueous amine solution (A1)) Blower 22a Supply line (P1-2), (P1-2)' (for the exhaust gas (C)) Second contact section (P3-2) (in the first embodiment) Second contact section 31 (in the third embodiment) Storage tank 31a (for the calcium ion-containing aqueous solution (B)) Supply line (Q) (for the calcium ion-containing aqueous solution (B)) Recovery section (R) Amine compound recovery/supply section 51a Supply line 51b (from the recovery section to the amine compound recovery/supply section) Supply line (from the amine compound recovery/supply section to the storage tank for the aqueous amine solution (A1))
Claims (17)
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)は、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)の存在下で、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンとを接触させる製造方法であって、前記アミン化合物(A)に起因する前記カルシウムイオン含有水溶液(B)のpH上昇を、前記排ガス(C)を利用して抑制する工程(S)を含む製造方法により製造される、脱硫方法。 A desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent, comprising the steps of: using, as at least a part of the desulfurization agent, flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced from carbon dioxide contained in desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method;
The exhaust gas-derived calcium carbonate (X) is
A desulfurization method comprising contacting a calcium ion-containing aqueous solution (B) with carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C) in the presence of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in living organisms, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, the method including a step (S) of suppressing a pH increase in the calcium ion-containing aqueous solution (B) caused by the amine compound (A) by utilizing the exhaust gas (C).
前記アミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、前記排ガス(C)とを接触させて、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する第一の接触工程(S1-1)
を含む、請求項1に記載の脱硫方法。 The step (S)
a first contact step (S1-1) of contacting an aqueous amine solution (A1) containing the amine compound (A) with the exhaust gas (C) to prepare an aqueous amine solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C);
The desulfurization method of claim 1 , comprising:
前記第一の接触工程(S1-1)の後に、
前記アミン水溶液(A2)と、前記カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させる第二の接触工程(S1-2)
を含む、請求項2に記載の脱硫方法。 The step (S)
After the first contact step (S1-1),
A second contact step (S1-2) of contacting the aqueous amine solution (A2) with the aqueous calcium ion-containing solution (B).
The desulfurization method of claim 2, comprising:
前記アミン化合物(A)と、前記カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)とを同時に接触させる接触工程(S2)
を含む、請求項1に記載の脱硫方法。 The step (S)
a contacting step (S2) in which the amine compound (A), the calcium ion-containing aqueous solution (B), and the exhaust gas (C) are simultaneously contacted with each other;
The desulfurization method of claim 1 , comprising:
前記アミン化合物(A)と、前記カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、前記アミン化合物(A)と前記カルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)を調製する第一の接触工程(S3-1)、及び
前記第一の接触工程(S3-1)の後に、前記混合液(AB)と、前記排ガス(C)とを接触させる第二の接触工程(S3-2)
を含む、請求項1に記載の脱硫方法。 The step (S)
a first contact step (S3-1) of contacting the amine compound (A) with the calcium ion-containing aqueous solution (B) to prepare a mixed solution (AB) of the amine compound (A) and the calcium ion-containing aqueous solution (B); and a second contact step (S3-2) of contacting the mixed solution (AB) with the exhaust gas (C) after the first contact step (S3-1).
The desulfurization method of claim 1 , comprising:
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)を含むアミン水溶液(A1)と、前記排ガス(C)とを接触させて、前記排ガス(C)中の二酸化炭素由来の炭酸イオンを含むアミン水溶液(A2)を調製する第一の接触部(P1-1)、
前記アミン水溶液(A2)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる第二の接触部(P1-2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)
を備える、脱硫システム。 A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent, comprising: a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced from carbon dioxide contained in desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method, and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a first contacting portion (P1-1) for contacting the exhaust gas (C) with an amine aqueous solution (A1) containing one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, to prepare an amine aqueous solution (A2) containing carbonate ions derived from carbon dioxide in the exhaust gas (C);
a second contact section (P1-2) for contacting the aqueous amine solution (A2) with a calcium ion-containing aqueous solution (B) to precipitate the exhaust gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
前記第二の接触部(P1-2)を備えることなく、前記第一の接触部(P1-1)において前記アミン水溶液(A2)と前記カルシウムイオン含有水溶液(B)とを接触させる、脱硫システム。 The desulfurization system according to claim 11 or 12,
A desulfurization system, comprising: a first contact portion (P1-1) that is not provided with a second contact portion (P1-2); and a second contact portion (P1-2) that is not provided with the second contact portion (P1-2); and the first contact portion (P1-1) that is not provided with the second contact portion (P1-2);
前記脱硫方法を採用している施設から排出される脱硫済みの排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システムと、前記製造システムにより製造される前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を前記施設において利用される前記脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置とを備え、
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)と、前記排ガス(C)とを同時に接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる接触部(P2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)
を備える、脱硫システム。 A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent,
a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide in a desulfurized flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method as a raw material; and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a contacting section (P2) for simultaneously contacting one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines with a calcium ion-containing aqueous solution (B) and the exhaust gas (C) to precipitate the exhaust gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the exhaust gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
前記脱硫方法を採用している施設から排出される前記排ガス(C)中の二酸化炭素を原料として生成した排ガス由来炭酸カルシウム(X)を製造する製造システムと、前記製造システムにより製造される前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を前記施設において利用される前記脱硫剤の少なくとも一部として供給する供給装置とを備え、
前記製造システムは、
生体内で合成されるアミン、人工的に合成されるアミン、及びこれらアミンから誘導される基を含むポリマーからなる群から選択される1種以上のアミン化合物(A)と、カルシウムイオン含有水溶液(B)との混合液(AB)を調製する第一の接触部(P3-1)、
混合液(AB)と、前記排ガス(C)とを接触させて、前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を析出させる第二の接触部(P3-2)、及び
前記排ガス由来炭酸カルシウム(X)を回収する回収部(Q)、
を備える、脱硫システム。 A desulfurization system for carrying out a desulfurization method using calcium carbonate as a desulfurization agent,
a production system for producing flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced using carbon dioxide in the flue gas (C) discharged from a facility employing the desulfurization method as a raw material, and a supply device for supplying the flue-gas-derived calcium carbonate (X) produced by the production system as at least a part of the desulfurization agent used in the facility,
The manufacturing system includes:
a first contact portion (P3-1) for preparing a mixed solution (AB) of one or more amine compounds (A) selected from the group consisting of amines synthesized in vivo, artificially synthesized amines, and polymers containing groups derived from these amines, and a calcium ion-containing aqueous solution (B);
a second contact section (P3-2) for contacting the mixed liquid (AB) with the flue gas (C) to precipitate the flue gas-derived calcium carbonate (X); and a recovery section (Q) for recovering the flue gas-derived calcium carbonate (X).
A desulfurization system comprising:
をさらに備える、請求項11~16のいずれか1項に記載の脱硫システム。 an amine compound recovery/supply section (R) for recovering the amine compound (A) from the liquid phase after precipitation of the exhaust gas-derived calcium carbonate (X) and supplying the recovered amine compound (A) as at least a part of the amine compound (A) to be used in the first contact section (P1-1), the contact section (P2), or the first contact section (P3-1);
The desulfurization system according to any one of claims 11 to 16, further comprising:
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JP2023011391A JP2024106903A (en) | 2023-01-27 | 2023-01-27 | Desulfurization method and desulfurization system circulating and using carbon dioxide |
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