JP7615599B2 - 二酸化炭素固定システム - Google Patents

Description

本開示は、二酸化炭素固定システムに関する。

二酸化炭素は、地球温暖化の原因として問題視されており、世界的に二酸化炭素の排出を抑制する動きが活発化している。大気中への二酸化炭素の排出量を削減する方法の一つとして、二酸化炭素を炭酸塩として固定する方法が提案されている。

このような方法として、特許文献１は、蛇紋岩などの岩石中のマグネシウム等を比較的低温にて最大限溶出させて安定な炭酸塩に転換できる二酸化炭素の鉱物固定システムを開示している。鉱物固定システムは、二酸化炭素を昇圧する加圧ポンプと、昇圧した二酸化炭素と鉱物とを水の存在下に加熱及び加圧反応させる圧力容器と、圧力容器から排出される流体の圧力を制御する保圧弁と、保圧弁を流通した流体を分離する気液分離器とを備えている。

特開２００９－２４０８５５号公報

上記鉱物固定システムでは、例えば蛇紋岩の場合、温度１００℃かつ圧力１０ＭＰａの条件下において二酸化炭素の固定率が最大となる。しかしながら、二酸化炭素を加圧ポンプのような圧縮装置でこのような高い圧力にまで昇圧する場合、加圧ポンプの稼働に大きなエネルギーが必要になる。また、二酸化炭素から炭酸塩を生成するためだけに加圧ポンプを定期的にメンテナンスする必要もある。大量の二酸化炭素を固定化するためには、反応スケールを大きくする必要があり、従来のシステムでは、二酸化炭素を効率よく固定化することができないおそれがある。

そこで、本開示は、専用の圧縮装置を用いなくても炭酸塩を生成可能な二酸化炭素固定システムを提供することを目的とする。

本開示に係る二酸化炭素固定システムは、気体の二酸化炭素を圧縮する圧縮装置を備える。二酸化炭素固定システムは、圧縮装置から送られる二酸化炭素を冷却して二酸化炭素を液化する冷却装置を備える。二酸化炭素固定システムは、冷却装置から供給される二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを反応させて炭酸塩を生成する反応装置を備える。

二酸化炭素固定システムは、空気から酸素を分離する酸素分離部と、酸素分離部で分離された酸素で燃料を燃焼し、圧縮装置に供給される気体の二酸化炭素を生成するボイラーとをさらに備えてもよい。反応装置はボイラーで生成された蒸気によって加温されてもよい。二酸化炭素固定システムは、圧縮装置で圧縮された二酸化炭素の熱と、冷却装置から反応装置に向かう二酸化炭素の熱とを交換する熱交換器をさらに備えてもよい。アルカリ金属はリチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素であってもよい。アルカリ土類金属はカルシウム及びマグネシウムの少なくともいずれか一方の元素であってもよい。

本開示によれば、専用の圧縮装置を用いなくても炭酸塩を生成可能な二酸化炭素固定システムを提供することができる。

一実施形態に係る二酸化炭素固定システムを示す概略図である。 一実施形態に係る酸素燃焼発電装置を示す概略図である。 一実施形態に係る二酸化炭素固定システムの詳細を示す概略図である。

以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１に示すように、二酸化炭素固定システム１は、酸素燃焼発電装置１０と、二酸化炭素回収装置２０と、水供給装置６０と、原料供給装置７０と、反応装置８０とを備える。

酸素燃焼発電装置１０は、酸素を燃焼して発電する。図２に示すように、酸素燃焼発電装置１０は、燃料供給部１１と、酸素分離部１２と、ボイラー１３と、集塵装置１４とを含んでいる。

燃料供給部１１は燃料をボイラー１３に供給する。ボイラー１３に供給される燃料は特に限定されないが、例えば石炭、石油又は天然ガスなどが挙げられる。これらの中でも、安価であり、供給が安定している観点から、燃料は石炭であることが好ましい。燃料として石炭を使用する場合、石炭粉砕ミルなどによって燃料に適した大きさに石炭を粉砕し、粉砕した石炭をボイラー１３に供給することが好ましい。

酸素分離部１２は空気から酸素を分離する。酸素分離部１２は、例えば深冷分離法又は圧力スイング法などによって空気から窒素を除去する。酸素分離部１２は、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上の酸素を生成する。酸素分離部１２で分離された酸素はボイラー１３に供給される。

ボイラー１３は、酸素分離部１２で分離された酸素で燃料を燃焼する。燃料は燃料供給部１１から供給される。燃料の燃焼によって得られたエネルギーで水が気化して水蒸気となり、水蒸気は図示しないタービンを回転させ、タービンの回転によってタービンと接続された発電機が発電する。一方、ボイラー１３は、酸素雰囲気下で燃料が燃焼されることにより、後述する圧縮装置２７に供給される気体の二酸化炭素を生成する。また、ボイラー１３では燃料が燃焼されることにより水も生成される。

集塵装置１４は、ボイラー１３での燃焼によって生成されたガスから粉塵のような異物を除去する。集塵装置１４で異物が除去されたガスは、二酸化炭素回収装置２０へ供給される。集塵装置１４で異物が除去されたガスの一部は、ボイラー１３へ再度供給されて再循環されてもよい。上記ガスの主成分は二酸化炭素であるため、上記ガスをボイラー１３へ供給することにより、ボイラー１３の燃焼温度が低下し、ボイラー１３の負荷が軽減される。

酸素燃焼発電装置１０では、酸素分離部１２によって空気から窒素を除去して酸素を分離し、ボイラー１３はこの酸素を燃焼用ガスとして燃料を燃焼する。ボイラー１３から排出されるガスの主成分は二酸化炭素及び水であり、二酸化炭素と水とは容易に分離可能である。そのため、空気を燃焼用ガスとして燃料を燃焼する場合と比較して容易に二酸化炭素を回収することができる。

二酸化炭素回収装置２０は、酸素燃焼発電装置１０の下流に設けられている。二酸化炭素回収装置２０は、酸素燃焼発電装置１０から供給された二酸化炭素を精製して液化することにより、酸素燃焼発電装置１０で生成された二酸化炭素を回収する。図３に示すように、二酸化炭素回収装置２０は、スクラバ２１と、圧縮装置２７と、熱交換器２９と、冷却器３０と、ドライヤ４０と、冷却装置５０とを含む。

スクラバ２１は、酸素燃焼発電装置１０で生成されたガスから硫黄成分を除去する。ガス中の硫黄成分を除去することにより、圧縮装置２７が腐食するのを抑制することができる。スクラバ２１は例えば湿式の脱硫装置であるが、ガス中の塩化水素も除去され得る。スクラバ２１は乾式の脱硫装置であってもよい。スクラバ２１は、吸収塔２２と、充填材２３と、循環配管２４と、循環ポンプ２５とを含んでいる。

吸収塔２２の内部には充填材２３が設けられている。吸収塔２２において充填材２３より下側の底部と充填材２３の上側には循環配管２４が接続されている。循環配管２４には循環ポンプ２５が設けられている。吸収塔２２には処理液が収容されており、処理液は、循環ポンプ２５によって循環配管２４を通じて充填材２３の上側に汲み上げられる。処理液は、充填材２３の上側から充填材２３に向かって噴霧され、充填材２３から吸収塔２２の底部に落下する。一方、吸収塔２２には、充填材２３の下方に、酸素燃焼発電装置１０で生成されたガスが供給される供給口が設けられている。また、吸収塔２２には、充填材２３の上側に、供給口から供給されたガスを排出する排出口が設けられている。供給口から供給されたガスは、充填材２３を通過し、処理液との気液接触によってガスから硫黄酸化物が除去されて排出口より排出される。

スクラバ２１の処理液は、硫黄酸化物を除去することができれば特に限定されないが、水、又は、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム若しくは炭酸マグネシウムの水溶液などであってもよい。

圧縮装置２７は、スクラバ２１と配管２６を介して接続されている。圧縮装置２７は、気体の二酸化炭素を圧縮する。具体的には、圧縮装置２７は、スクラバ２１で硫黄成分が除去されたガスを例えば２．５ＭＰａまで圧縮する。圧縮装置２７は、単一の圧縮機を含んでいてもよく、複数の圧縮機を含んでいてもよい。圧縮機は、例えば遠心式圧縮機であってもよい。圧縮装置２７は、ドライヤ４０と配管２８を介して接続されている。配管２８には、熱交換器２９と、熱交換器２９よりも下流に設けられた冷却器３０とが設けられている。

熱交換器２９は、圧縮装置２７で圧縮された二酸化炭素の熱と、冷却装置５０から反応装置８０に向かう二酸化炭素の熱とを交換する。これにより、圧縮装置２７から送られてくる二酸化炭素を冷却して冷却装置５０で液化するのに必要なエネルギーを低減することができる。また、冷却装置５０から反応装置８０に送られる二酸化炭素を加温するのに必要なエネルギーを低減することができる。圧縮装置２７で圧縮されたガスは、熱交換器２９で冷却された後、冷却器３０で５０℃程度までさらに冷却される。なお、本実施形態では、二酸化炭素の冷却効率を向上させるために熱交換器２９及び冷却器３０によって二酸化炭素を冷却する例について説明しているが、二酸化炭素回収装置２０は熱交換器２９及び冷却器３０を備えていなくてもよい。

ドライヤ４０は、圧縮装置２７と冷却装置５０との間に配置されており、圧縮装置２７で圧縮されたガスを乾燥させて冷却装置５０に送気する。これにより、ガス中の水分を除去し、冷却装置５０に霜が付着したり、冷却装置５０の冷却効率が低下したりすることを抑制することができる。ドライヤ４０は第１乾燥槽４１と第２乾燥槽４３とを含んでいる。第１乾燥槽４１の内部には乾燥剤４２が充填されており、第２乾燥槽４３の内部には乾燥剤４４が充填されている。乾燥剤４２及び乾燥剤４４は圧縮装置２７で圧縮されたガスが接触するように設けられている。そのため、ガスが第１乾燥槽４１内又は第２乾燥槽４３内を通過すると、ガス中の水分が乾燥剤４２又は乾燥剤４４によって吸湿され、ガスから水分が除去される。乾燥剤４２及び乾燥剤４４は、水分を吸収又は吸着することができれば特に限定されず、例えば、モレキュラーシーブ、シリカゲル、アルミナゲル、ゼオライト及び活性炭などを使用することができる。

圧縮装置２７、第１乾燥槽４１及び第２乾燥槽４３は配管２８を介して接続されており、配管２８には切替弁４５が設けられる。切替弁４５は、圧縮装置２７から第１乾燥槽４１へガスを供給するか又は第２乾燥槽４３へガスを供給するようにガスの流路を切り替えることができる。第１乾燥槽４１、第２乾燥槽４３及び水供給装置６０は配管５２を介して接続されており、配管５２には切替弁４６が設けられる。切替弁４６は、冷却装置５０から第１乾燥槽４１を通じて供給されるガスを水供給装置６０へ供給するか、又は冷却装置５０から第２乾燥槽４３を通じて供給されるガスを水供給装置６０へ供給するようにガスの流路を切り替えることができる。切替弁４５と切替弁４６とは並列に配置されている。

第１乾燥槽４１、第２乾燥槽４３及び冷却装置５０は配管４７を介して接続されており、配管４７には切替弁４８が設けられる。切替弁４８は、第１乾燥槽４１から冷却装置５０へガスを供給するか、又は第２乾燥槽４３から冷却装置５０へガスを供給するようにガスの流路を切り替えることができる。第１乾燥槽４１、第２乾燥槽４３及び冷却装置５０は配管５１を介して接続されており、配管５１には切替弁４９が設けられる。切替弁４９は、冷却装置５０から供給されるガスを第１乾燥槽４１へ供給するか、又は冷却装置５０から供給されるガスを第２乾燥槽４３へ供給するようにガスの流路を切り替えることができる。切替弁４８と切替弁４９とは並列に配置されている。

第１乾燥槽４１と第２乾燥槽４３とは並列に設けられており、第１乾燥槽４１又は第２乾燥槽４３のいずれか一方の乾燥剤でガスを乾燥している間に、他方の乾燥剤を再生することができる。すなわち、第１乾燥槽４１の乾燥剤４２でガスを乾燥している間に第２乾燥槽４３の乾燥剤４４を再生し、第１乾燥槽４１の乾燥剤４２を再生している間に第２乾燥槽４３の乾燥剤４４でガスを乾燥することができる。なお、図３中、一点破線は第１乾燥槽４１の乾燥剤４２で圧縮装置２７から冷却装置５０へ供給されるガスを乾燥させる際のガスの流路を示している。また、図３中、二点鎖線は冷却装置５０から供給される乾燥された乾燥ガスで第２乾燥槽４３の乾燥剤４４の水分を水供給装置６０へ供給する際の流路を示している。

具体的には、切替弁４５は、圧縮装置２７から供給されるガスが、第１乾燥槽４１又は第２乾燥槽４３のいずれか一方へ流れるようにガスの流路を切り替える。切替弁４８は、第１乾燥槽４１で水分が除去される場合には、第１乾燥槽４１で水分が除去されたガスを冷却装置５０に供給するようにガスの流路を切り替える。また、切替弁４８は、第２乾燥槽４３で水分が除去される場合には第２乾燥槽４３で水分が除去されたガスを冷却装置５０に供給するようにガスの流路を切り替える。このようにして、圧縮装置２７から供給されるガスからドライヤ４０で水分が除去され、冷却装置５０へ供給される。

切替弁４９は、冷却装置５０から供給される乾燥ガスを第１乾燥槽４１又は第２乾燥槽４３のいずれか一方へ流れるようにガスの流路を切り替える。乾燥ガスが第１乾燥槽４１又は第２乾燥槽４３を通過することによって、乾燥剤４２又は乾燥剤４４から水分が放出されて乾燥剤４２又は乾燥剤４４が再生される。切替弁４６は、第１乾燥槽４１で乾燥剤４２が再生される場合には乾燥剤４２から放出された水分を含むガスが第１乾燥槽４１から水供給装置６０へ供給されるようにガスの流路を切り替える。切替弁４６は、第２乾燥槽４３で乾燥剤４４が再生される場合には乾燥剤４４から放出された水分を含むガスが第２乾燥槽４３から水供給装置６０へ供給されるようにガスの流路を切り替える。冷却装置５０から第１乾燥槽４１又は第２乾燥槽４３へ供給されるガスは、乾燥剤４２又は乾燥剤４４の水分が放出されやすいように加温されてもよい。

冷却装置５０は、圧縮装置２７から送られる二酸化炭素を冷却して二酸化炭素を液化する。冷却装置５０は、ドライヤ４０の下流に設けられ、深冷分離により二酸化炭素が精製及び液化される。冷却装置５０に供給されたガスは、例えば－２０℃～－５０℃程度に冷却されてガス中の二酸化炭素が液化し、液化しないで気体として残った不純物を含む残部ガスが分離される。これにより、ドライヤ４０で乾燥された乾燥ガスから、液化した二酸化炭素と、酸素などの二酸化炭素よりも凝縮温度が低い不純物とが分離される。例えば、二酸化炭素濃度８０～９０％、温度３０℃、２．５ＭＰａのガスが冷却装置５０に供給されると、濃度が９５～９９％程度の液化した二酸化炭素が回収され、分離精製の残渣として残部ガスが冷却装置５０から排出される。残部ガスには、例えば、窒素、アルゴン及び酸素などが含まれる。

冷却装置５０で液化した二酸化炭素には、好ましくは９５モル％以上、より好ましくは９８モル％以上、さらに好ましくは９９モル％以上の二酸化炭素が含まれる。冷却装置５０で液化した二酸化炭素は配管５３を介して反応装置８０に供給される。冷却装置５０で液化した二酸化炭素の一部は、地下の帯水層へ圧入し、貯留してもよい。また、冷却装置５０で分離されたガスには水分がほとんど含まれていないため、上述のように分離されたガスを用いてドライヤ４０の乾燥剤４２及び乾燥剤４４を再生することができる。

冷却装置５０から第１乾燥槽４１を通って乾燥剤４２から放出された水分を含むガス、及び第２乾燥槽４３を通って乾燥剤４４から放出された水分を含むガスは、配管５２に設けられた熱交換器５４で冷却される。熱交換器５４で冷却されて凝集された水は、水供給装置６０の貯水タンク６１に貯水される。

水供給装置６０は、反応装置８０に水を供給する。水供給装置６０は、貯水タンク６１と、流量調節部６２と、流量調節部６３とを含んでいる。貯水タンク６１は、反応装置８０に供給するための水を貯水する。流量調節部６２は、貯水タンク６１の上流側に設けられ、貯水タンク６１に供給される水の流量を調節する。流量調節部６３は、貯水タンク６１の下流側に設けられ、貯水タンク６１から反応装置８０に供給する水の流量を調節する。貯水タンク６１には液面計６４が設けられており、液面計６４によって貯水タンク６１内に貯水されている水の液量が計測される。流量調節部６３は、液面計６４により計測された貯水タンク６１の液量に基づいて貯水タンク６１に供給する水の供給量を調節してもよい。

原料供給装置７０は、反応装置８０に原料の一つとなるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質を供給する。これらの元素は、二酸化炭素及び水と反応して炭酸塩を生成することができる。原料供給装置７０は、ホッパー７１と、フィーダー７２とを含んでいる。ホッパー７１は上記物質を収容している。フィーダー７２は、ホッパー７１から反応装置８０に供給される上記物質の量を調節する。

アルカリ金属は、例えば、リチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。アルカリ金属を含む物質としては、例えば、火成岩又は花崗岩を挙げることができる。

アルカリ土類金属は、例えば、カルシウム及びマグネシウムの少なくともいずれか一方の元素である。アルカリ土類金属を含む物質としては、例えば、廃コンクリート、鉄鋼スラグ、安山岩、玄武岩、土壌又はフライアッシュなどが挙げられる。これらは、廃材をその処理を兼ねて二酸化炭素の固定に有効活用することができる。

反応装置８０は、冷却装置５０から供給される二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを反応させて炭酸塩を生成する。アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質は、原料供給装置７０から供給される。水は水供給装置６０から供給される。反応装置８０により生成される炭酸塩は、化学的に安定しているため、長期間安定して二酸化炭素を固体の状態で保管することができる。したがって、二酸化炭素を反応させて炭酸塩として固定することで、長期間安定的に炭酸塩の性状が維持されるため、炭酸塩が二酸化炭素に戻りにくい。このような炭酸塩は、地下に貯蔵された場合であっても、地震等で二酸化炭素が地上に漏れ出す可能性は低いため、モニタリングする必要性が低く、二酸化炭素固定化のための管理費用を低減することができる。

反応装置８０は、反応槽８１と、加温部８２と、排出弁８６とを含んでいる。反応槽８１は、冷却装置５０から二酸化炭素が供給され、原料供給装置７０からアルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質が供給され、水供給装置６０から水が供給されるように設けられている。反応槽８１では、二酸化炭素、上記物質及び水が反応して炭酸塩が生成される。

加温部８２は、所定の反応温度で反応が起こるように反応槽８１を加温する。反応装置８０は、図３に示すように、ボイラー１３で生成された蒸気によって加温されてもよい。加温部８２は、具体的には、循環配管８３と、流量調節部８４と、温度計８５とを含んでいる。循環配管８３には、ボイラー１３、反応槽８１、流量調節部８４及び温度計８５が設けられている。ボイラー１３から供給された水蒸気は、反応槽８１を加温してボイラー１３へ戻される。温度計８５は反応槽８１とボイラー１３との間に配置されており、反応槽８１からボイラー１３へ戻る水蒸気の温度を測定することができる。温度計８５で得られた温度に関する信号に基づいて流量調節部８４の開度が調節されてもよい。

反応装置８０は、上述のように室温程度で反応させてもよいが、反応速度を向上させる観点からは、反応温度が高い方が好ましい。反応装置８０は図示しない加温器によって加温してもよいが、本実施形態に係る二酸化炭素固定システム１は、上述のように、酸素分離部１２と、ボイラー１３とを含む酸素燃焼発電装置１０を備えている。そのため、ボイラー１３で生成された蒸気によって反応装置８０を加温することにより、二酸化炭素固定システム１全体としてエネルギー効率を向上させることができる。

反応装置８０では、以下の反応式（１）に示すように水に二酸化炭素が溶解して炭酸水素イオン（ＨＣＯ^３－）が生成される。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣＯ^３－＋Ｈ^＋ （１）

炭酸水素イオン（ＨＣＯ^３－）は、以下の反応式（２）に示すように反応して炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２－）が生成される。
ＨＣＯ^３－→ＣＯ_３ ^２－＋Ｈ^＋ （２）

アルカリ金属として、例えばリチウムを含む物質が反応槽８１に投入された場合には、以下の反応式（３）に示すように反応して炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）が生成される。
２Ｌｉ^＋＋ＣＯ_３ ^２－→Ｌｉ_２ＣＯ_３ （３）

アルカリ金属として、例えばナトリウムが反応槽８１に投入された場合には、以下の反応式（４）に示すように反応して炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）が生成される。
２Ｎａ^＋＋ＣＯ_３ ^２－→Ｎａ_２ＣＯ_３ （４）

アルカリ金属として、例えばカリウムが反応槽８１に投入された場合には、以下の反応式（５）に示すように反応して炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）が生成される。
２Ｋ^＋＋ＣＯ_３ ^２－→Ｋ_２ＣＯ_３ （５）

アルカリ土類金属として、例えばカルシウムを含む物質が反応槽８１に投入された場合には、以下の反応式（６）に示すように反応して炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が生成される。
Ｃａ^２＋＋ＣＯ_３ ^２－→ＣａＣＯ_３ （６）

アルカリ土類金属として、例えばマグネシウムを含む物質が反応槽８１に投入された場合には、以下の反応式（７）に示すように反応して炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）が生成される。
Ｍｇ^２＋＋ＣＯ_３ ^２－→ＭｇＣＯ_３ （７）

反応装置８０の反応温度は、例えば２０℃～３００℃の範囲内である。反応装置８０の反応圧力は、例えば０．５ＭＰａ～３０ＭＰａの範囲内である。反応装置８０の反応時間は、例えば１２時間以上である。反応時間が長い程反応生成物の量が多くなる傾向があるが、反応時間がある程度以上であると反応が平衡に達するため、反応時間の上限は例えば１０日間である。

反応槽８１で生成された炭酸塩は、排出弁８６を開くことにより反応槽８１から排出される。排出された炭酸塩は化学的に安定であり、常温常圧で長期間保管することができる。そのため、地下の帯水層に貯留する液体の二酸化炭素の少なくとも一部を炭酸塩に変化させることにより、モニタリングの不要な炭酸塩が生成されるため、モニタリングの負担を軽減することができる。

以上の通り、本実施形態に係る二酸化炭素固定システム１は、気体の二酸化炭素を圧縮する圧縮装置２７を備える。二酸化炭素固定システム１は、圧縮装置２７から送られる二酸化炭素を冷却して二酸化炭素を液化する冷却装置５０を備える。二酸化炭素固定システム１は、冷却装置５０から供給される二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを反応させて炭酸塩を生成する反応装置８０を備える。

反応装置８０は、二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを含む原料から炭酸塩を生成することができる。炭酸塩は、化学的に安定であるため、モニタリングの必要性が低く、二酸化炭素を安定して固定することができる。炭酸塩は圧力が高い方が効率よく生成することができるが、圧縮装置２７は、稼働に大きなエネルギーが必要になる。しかしながら、本実施形態に係る二酸化炭素固定システム１では、冷却装置５０で二酸化炭素を液化するために用いられる圧縮装置２７を兼用している。そのため、本実施形態に係る二酸化炭素固定システム１は、専用の圧縮装置を用いなくても炭酸塩を生成することができる。

二酸化炭素固定システム１は、空気から酸素を分離する酸素分離部１２と、酸素分離部１２で分離された酸素で燃料を燃焼し、圧縮装置２７に供給される気体の二酸化炭素を生成するボイラー１３とをさらに備えてもよい。ボイラー１３は、酸素分離部１２で分離された酸素で燃料を燃焼するため、燃焼によって生成される二酸化炭素の濃度が高い。そのため、高濃度の二酸化炭素を圧縮装置２７に供給し、冷却装置５０で二酸化炭素を容易に液化することができる。

反応装置８０はボイラー１３で生成された蒸気によって加温されてもよい。ボイラー１３で生成された蒸気によって反応装置８０を加温することにより、二酸化炭素固定システム１全体としてエネルギー効率を向上させることができる。

二酸化炭素固定システム１は、圧縮装置２７で圧縮された二酸化炭素の熱と、冷却装置５０から反応装置８０に向かう二酸化炭素の熱とを交換する熱交換器２９をさらに備えてもよい。熱交換器２９により、圧縮装置２７から送られてくる二酸化炭素を冷却して冷却装置５０で液化するのに必要なエネルギーを低減することができる。また、冷却装置５０から反応装置８０に送られる二酸化炭素を加温するのに必要なエネルギーを低減することができる。そのため、二酸化炭素固定システム１全体としてエネルギー効率を向上させることができる。

アルカリ金属はリチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素であってもよい。これらの元素は、火成岩又は花崗岩などに含まれており、容易に炭酸塩を生成することが可能である。

アルカリ土類金属はカルシウム及びマグネシウムの少なくともいずれか一方の元素であってもよい。これらの元素は、廃コンクリート、鉄鋼スラグ、安山岩、玄武岩、土壌又はフライアッシュなどに含まれており、容易に炭酸塩を生成することが可能である。また、これらは、廃材をその処理を兼ねて二酸化炭素の固定に有効活用することができる。

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

１ 二酸化炭素固定システム
１２ 酸素分離部
１３ ボイラー
２７ 圧縮装置
２９ 熱交換器
５０ 冷却装置
８０ 反応装置

Claims (4)

1. 気体の二酸化炭素を圧縮する圧縮装置と、
   前記圧縮装置から送られる二酸化炭素を冷却して二酸化炭素を液化する冷却装置と、
   前記冷却装置から供給される液化した二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを反応させて炭酸塩を生成する反応装置と、
   空気から酸素を分離する酸素分離部と、
   前記酸素分離部で分離された酸素で燃料を燃焼し、前記圧縮装置に供給される前記気体の二酸化炭素を生成するボイラーと、
   を備え、
   前記反応装置は前記ボイラーで生成された蒸気によって加温される、二酸化炭素固定システム。
2. 気体の二酸化炭素を圧縮する圧縮装置と、
   前記圧縮装置から送られる二酸化炭素を冷却して二酸化炭素を液化する冷却装置と、
   前記冷却装置から供給される液化した二酸化炭素と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれか一方の元素を含む物質と、水とを反応させて炭酸塩を生成する反応装置と、
   前記圧縮装置で圧縮された二酸化炭素の熱と、前記冷却装置から前記反応装置に向かう二酸化炭素の熱とを交換する熱交換器と、
   を備える、二酸化炭素固定システム。
3. 前記アルカリ金属はリチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素である、請求項１又は２に記載の二酸化炭素固定システム。
4. 前記アルカリ土類金属はカルシウム及びマグネシウムの少なくともいずれか一方の元素である、請求項１～３のいずれか一項に記載の二酸化炭素固定システム。

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