JP2021070615A - Carbon dioxide immobilization system and carbon dioxide immobilization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法に関するものである。 The present invention relates to a carbon dioxide fixation system and a carbon dioxide fixation method.
近年、地球温暖化などの環境問題に対して大きな影響を与えるとされる二酸化炭素について、環境への排出を抑制することが早急に対応すべき課題となっている。この課題に対し、二酸化炭素の排出量自体を削減する技術や、排出された二酸化炭素を回収し、固定化する技術に係る研究が進められている。 In recent years, it has become an urgent issue to control the emission of carbon dioxide to the environment, which is said to have a great impact on environmental problems such as global warming. To address this issue, research is underway on technologies for reducing carbon dioxide emissions themselves and for recovering and immobilizing emitted carbon dioxide.
特に、二酸化炭素の回収・固定化に係る技術として、様々な方法が検討されている。例えば、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する方法として、モノエタノールアミンなどの吸収液に二酸化炭素を溶解させる化学吸収法や、ガス吸着能を有する吸着剤に二酸化炭素を吸着させる物理吸着法のほか、膜を用いた膜分離法などが知られている。これらの方法では、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を選択的に回収することができるが、二酸化炭素を環境中に排出させないためには、さらにエネルギーを使って二酸化炭素のみを回収し、固定化に係る処理を行う必要がある。そのため、二酸化炭素の回収・固定化におけるエネルギー消費が大きくなるという問題がある。 In particular, various methods are being studied as technologies related to carbon dioxide capture and immobilization. For example, as a method for recovering carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas, a chemical absorption method in which carbon dioxide is dissolved in an absorption liquid such as monoethanolamine, or a physical adsorption method in which carbon dioxide is adsorbed on an adsorbent having a gas adsorbing ability. In addition, a membrane separation method using a membrane is known. With these methods, carbon dioxide can be selectively recovered from carbon dioxide-containing gas, but in order to prevent carbon dioxide from being emitted into the environment, only carbon dioxide is recovered by using more energy for immobilization. It is necessary to carry out such processing. Therefore, there is a problem that energy consumption in carbon dioxide capture and immobilization increases.
また、二酸化炭素の回収・固定化に係る他の技術としては、二酸化炭素を化学反応により炭酸塩とする炭酸塩固定法が知られている。炭酸塩固定法においては、二酸化炭素と反応して炭酸塩を形成する成分として、鉱物・鉱石や鉄鋼スラグを利用するものに関する研究、検討が行われている。 Further, as another technique related to carbon dioxide capture and immobilization, a carbonate immobilization method in which carbon dioxide is converted into a carbonate by a chemical reaction is known. In the carbonate fixation method, research and studies are being conducted on those using minerals / ores and steel slag as components that react with carbon dioxide to form carbonates.
例えば、特許文献１には、特定の高炉スラグ及びアルカリを混合した水溶液に二酸化炭素を供給し、高炉スラグから溶出したカルシウムと二酸化炭素を反応させて炭酸塩を生成する二酸化炭素の固定化方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a method for immobilizing carbon dioxide to produce a carbonate by supplying carbon dioxide to an aqueous solution in which a specific blast furnace slag and an alkali are mixed and reacting calcium eluted from the blast furnace slag with carbon dioxide. Are listed.
特許文献１に記載された炭酸塩固定法では、高炉スラグ自体の化学的処理及び物理的処理が必要であるとともに、高炉スラグからカルシウムを取り出すため、アルカリを使用する必要があり、薬品の使用に伴うコストがかかる。さらに、特許文献１には、高炉スラグとアルカリの混合水溶液におけるカルシウムの溶解度を高めるために、混合水溶液を加熱することが記載されており、高効率で二酸化炭素を固定化するためにはエネルギーを必要とするという課題がある。 The carbonate fixing method described in Patent Document 1 requires chemical treatment and physical treatment of the blast furnace slag itself, and also requires the use of alkali in order to extract calcium from the blast furnace slag. There are costs involved. Further, Patent Document 1 describes that the mixed aqueous solution is heated in order to increase the solubility of calcium in the mixed aqueous solution of blast furnace slag and alkali, and energy is required to immobilize carbon dioxide with high efficiency. There is a challenge of needing it.
二酸化炭素の排出抑制に係る技術においては、二酸化炭素の固定化を高効率化する技術だけではなく、環境負荷低減の観点から、二酸化炭素の固定化に使用するエネルギーや薬品使用に伴うコストを低減することも大きな課題となる。 In the technology related to carbon dioxide emission control, not only the technology to improve the efficiency of carbon dioxide fixation, but also the cost associated with the use of energy and chemicals used for carbon dioxide fixation is reduced from the viewpoint of reducing the environmental load. Doing so is also a big issue.
したがって、本発明の課題は、低コスト・低エネルギー、かつ高効率で二酸化炭素を固定化することができる二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon dioxide fixation system and a carbon dioxide fixation method capable of immobilizing carbon dioxide at low cost, low energy, and with high efficiency.
本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、二酸化炭素の固定化において、二価イオンを濃縮したものに、炭酸イオン化した二酸化炭素を供給することで、低コスト・低エネルギー、かつ高効率で二酸化炭素を炭酸塩として固定化することが可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法である。
As a result of diligent studies on the above problems, the present inventor has achieved low cost, low energy, and high efficiency by supplying carbon dioxide ionized carbon dioxide to a concentrated carbon dioxide ion. The present invention was completed by finding that carbon dioxide can be immobilized as a carbonate.
That is, the present invention is the following carbon dioxide fixation system and carbon dioxide fixation method.
上記課題を解決するための本発明の二酸化炭素固定化システムは、二価イオンを濃縮する濃縮部と、二酸化炭素から炭酸イオンを生成する炭酸イオン生成部と、濃縮部で濃縮された二価イオンと炭酸イオン生成部で生成された炭酸イオンとを接触させ、炭酸塩を生成する反応部とを備えるという特徴を有する。 In the carbon dioxide immobilization system of the present invention for solving the above problems, a concentrating part that concentrates divalent ions, a carbonate ion generating part that generates carbonate ions from carbon dioxide, and a divalent ion concentrated in the concentrating part. It is characterized by having a reaction section for producing a carbonate by contacting the carbonate ion generated in the carbonate ion generation section with the carbonate ion.
本発明の二酸化炭素固定化システムは、二価イオンをあらかじめ濃縮し、かつ二酸化炭素をあらかじめ炭酸イオンとした上で、濃縮した二価イオンと炭酸イオンを接触させるため、高効率で炭酸塩の生成反応を進行させることが可能となる。また、イオン同士を反応させる発熱反応であるため、反応進行に際して外部からエネルギーを供給する必要がなく、二酸化炭素の固定化における低コスト化・低エネルギー化が可能となる。 In the carbon dioxide immobilization system of the present invention, divalent ions are concentrated in advance, carbon dioxide is converted into carbonate ions in advance, and then the concentrated divalent ions and carbonate ions are brought into contact with each other, so that carbonates are generated with high efficiency. The reaction can proceed. Further, since it is an exothermic reaction in which ions are reacted with each other, it is not necessary to supply energy from the outside when the reaction proceeds, and it is possible to reduce the cost and energy of carbon dioxide fixation.
また、本発明の二酸化炭素固定化システムの一実施態様としては、濃縮部は、陽イオン交換膜と電極を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、二価イオン以外のイオンを含むものから効率的に二価イオンを選択して濃縮することが可能となる。また、二価イオンの濃縮を、常温・常圧下で行うこともできるため、運転に係るエネルギー及びコストを低減することが可能となる。
Further, as one embodiment of the carbon dioxide fixation system of the present invention, the concentrating part is characterized by including a cation exchange membrane and an electrode.
According to this feature, it is possible to efficiently select and concentrate divalent ions from those containing ions other than divalent ions. Further, since the divalent ion can be concentrated at room temperature and normal pressure, it is possible to reduce the energy and cost related to the operation.
また、本発明の二酸化炭素固定化システムの一実施態様としては、二価イオンは、海水由来であるという特徴を有する。
従来、炭酸塩固定法で用いられる鉱物・鉱石や鉄鋼スラグは、様々な化学的・物理的処理を経て炭酸塩化の原料である二価イオンを取り出す必要があった。一方、海水は、炭酸塩化の原料となる二価イオンが溶液内で既にイオンの状態で存在しているものであるとともに、一定量の二価イオンが含まれることから、安定した量の二価イオンを供給することができる二価イオン源として用いることができる。
したがって、この特徴によれば、二価イオンの原料調達にかかるコスト及びエネルギーを大幅に低減させることが可能になる。
Further, in one embodiment of the carbon dioxide fixation system of the present invention, the divalent ion is characterized by being derived from seawater.
Conventionally, minerals / ores and steel slag used in the carbonate fixing method have had to be subjected to various chemical and physical treatments to extract divalent ions which are raw materials for carbonate chloride. On the other hand, in seawater, divalent ions, which are the raw materials for chloride chloride, are already present in the solution in the state of ions, and a certain amount of divalent ions are contained, so that a stable amount of divalent ions is contained. It can be used as a divalent ion source capable of supplying ions.
Therefore, according to this feature, it is possible to significantly reduce the cost and energy required for procuring raw materials for divalent ions.
また、本発明の二酸化炭素固定化システムの一実施態様としては、炭酸イオン生成部は、二酸化炭素を液体に溶解させる溶解手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、気体である二酸化炭素を容易に炭酸イオンの形とすることが可能となる。また、液体中に炭酸イオンを存在させた状態とし、反応部に導入することで、二価イオンと炭酸イオンの接触効率を高めることができ、炭酸塩の生成に係る化学反応の効率を向上させることが可能となる。
Further, as one embodiment of the carbon dioxide fixation system of the present invention, the carbonate ion generation unit is characterized by including a dissolving means for dissolving carbon dioxide in a liquid.
According to this feature, carbon dioxide, which is a gas, can be easily formed into a carbonate ion. Further, by setting the carbonate ion in the liquid and introducing it into the reaction part, the contact efficiency between the divalent ion and the carbonate ion can be increased, and the efficiency of the chemical reaction related to the formation of carbonate can be improved. It becomes possible.
また、上記課題を解決するための本発明の二酸化炭素固定化方法としては、二価イオンを濃縮する濃縮工程と、二酸化炭素から炭酸イオンを生成する炭酸イオン生成工程と、濃縮工程で濃縮された二価イオンと炭酸イオン生成工程で生成された炭酸イオンとを接触させ、炭酸塩を生成する反応工程とを備えるという特徴を有する。
本発明の二酸化炭素固定化方法は、二価イオンの濃縮及び二酸化炭素の炭酸イオン化をあらかじめ行い、濃縮した二価イオンと炭酸イオンを接触させて炭酸塩の生成反応を行うため、二酸化炭素の固定化を高効率で進行させることが可能となる。また、炭酸塩の生成反応を進行させるために外部からエネルギーを供給する必要がなく、二酸化炭素の固定化における低コスト化・低エネルギー化が可能となる。
Further, as the carbon dioxide immobilization method of the present invention for solving the above problems, it was concentrated in a concentration step of concentrating divalent ions, a carbonate ion generation step of generating carbonate ions from carbon dioxide, and a concentration step. It is characterized by having a reaction step of producing a carbonate by contacting a divalent ion with a carbonate ion generated in the carbonate ion generation step.
In the carbon dioxide immobilization method of the present invention, carbon dioxide is immobilized because divalent ions are concentrated and carbon dioxide is ionized in advance, and the concentrated divalent ions and carbonate ions are brought into contact with each other to carry out a carbonate formation reaction. It is possible to proceed with the conversion with high efficiency. In addition, it is not necessary to supply energy from the outside in order to proceed with the carbonic acid formation reaction, and it is possible to reduce the cost and energy of carbon dioxide fixation.
本発明によれば、低コスト・低エネルギー、かつ高効率で二酸化炭素を固定化することができる二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon dioxide fixation system and a carbon dioxide fixation method capable of immobilizing carbon dioxide at low cost, low energy, and with high efficiency.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法の実施態様を詳細に説明する。本発明における二酸化炭素固定化方法は、本発明における二酸化炭素固定化システムの作動の説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法については、本発明に係る二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the carbon dioxide fixation system and the carbon dioxide fixation method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The carbon dioxide fixation method in the present invention shall be replaced with the description of the operation of the carbon dioxide fixation system in the present invention.
The carbon dioxide immobilization system and the carbon dioxide immobilization method described in the embodiments are merely exemplified for explaining the carbon dioxide immobilization system and the carbon dioxide immobilization method according to the present invention, and are limited thereto. It is not something that is done.
本発明の二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法において、固定化を行う対象である二酸化炭素の供給源（あるいは発生源）については、特に限定されない。具体的な二酸化炭素の供給源の例としては、例えば、生活・産業活動に伴い、各種施設（発電施設・工場・一般家庭等）や運輸手段から排出される二酸化炭素を含むガスのほか、大気や火山ガス等、天然に存在する二酸化炭素を含むガスなどが挙げられる。 In the carbon dioxide fixation system and the carbon dioxide fixation method of the present invention, the source (or source) of carbon dioxide to be fixed is not particularly limited. Specific examples of carbon dioxide supply sources include gas containing carbon dioxide emitted from various facilities (power generation facilities, factories, general households, etc.) and transportation means, as well as the atmosphere, in connection with daily life and industrial activities. Gases containing naturally occurring carbon dioxide, such as volcanic gas and volcanic gas.
〔第１の実施態様〕
図１は、本発明の第１の実施態様における二酸化炭素固定化システムの構造を示す概略説明図である。
本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ａは、図１に示すように、濃縮部２と、炭酸イオン生成部３と、反応部４を備えるものである。また、図１に示すように、二酸化炭素固定化システム１Ａは、濃縮部２と炭酸イオン生成部３がそれぞれ反応部４と接続するように配置されている。さらに、図１に示すように、濃縮部２は二価イオン源Ｍ０を供給するラインＬ１と、濃縮された二価イオンＭを排出するラインＬ２を備え、炭酸イオン生成部３は二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を供給するラインＬ３と、生成した炭酸イオンを排出するラインＬ４とを備え、反応部４はラインＬ２及びラインＬ４を介して濃縮部２及び炭酸イオン生成部３と接続されるとともに、生成した炭酸塩を回収するラインＬ５とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the structure of a carbon dioxide fixation system according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the carbon dioxide fixation system 1A in the present embodiment includes a concentration unit 2, a carbonate ion generation unit 3, and a reaction unit 4. Further, as shown in FIG. 1, the carbon dioxide fixation system 1A is arranged so that the concentration unit 2 and the carbonate ion generation unit 3 are connected to the reaction unit 4, respectively. Further, as shown in FIG. 1, the enrichment unit 2 includes a line L1 for supplying the divalent ion source M 0 and a line L2 for discharging the concentrated divalent ion M, and the carbonate ion generation unit 3 is composed of carbon dioxide ( A line L3 for supplying (carbon dioxide-containing gas) and a line L4 for discharging the generated carbonate ions are provided, and the reaction unit 4 is connected to the enrichment unit 2 and the carbonate ion generation unit 3 via the lines L2 and L4. In addition, it is provided with a line L5 for recovering the produced carbonate.
本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａでは、濃縮部２において二価イオン源Ｍ０中の二価イオンＭを濃縮し、ラインＬ２を介して濃縮した二価イオンＭを反応部４に導入する。一方、炭酸イオン生成部３では、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）から炭酸イオンを生成し、ラインＬ４を介して炭酸イオンを反応部４に導入する。そして、反応部４において二価イオンＭと炭酸イオンが接触、反応し、炭酸塩が生成される。このように、反応部４での炭酸塩生成反応が進行することで、二酸化炭素が炭酸塩として固定され、二酸化炭素の固定化が行われることになる。
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
In the carbon dioxide fixation system 1A of the present embodiment, the divalent ion M in the divalent ion source M 0 is concentrated in the enrichment unit 2, and the concentrated divalent ion M is introduced into the reaction unit 4 via the line L2. .. On the other hand, the carbonate ion generation unit 3 generates carbonate ions from carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas), and introduces carbonate ions into the reaction unit 4 via the line L4. Then, in the reaction unit 4, the divalent ion M and the carbonate ion come into contact with each other and react with each other to generate a carbonate. As the carbonic acid production reaction in the reaction unit 4 proceeds in this way, carbon dioxide is fixed as a carbonate, and carbon dioxide is fixed.
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
（濃縮部）
濃縮部２は、二価イオン源Ｍ０から二価イオンＭを濃縮する濃縮工程を行うためのものである。
(Concentrator)
The concentration unit 2 is for performing a concentration step of concentrating the divalent ion M from the divalent ion source M 0.
本実施態様における二価イオンＭとしては、二酸化炭素（炭酸イオン）と反応し、炭酸塩を生成することができるものであれば特に限定されない。このような二価イオンＭとしては、例えば、ＭｇやＣａなどの第２族元素の二価イオンや、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような遷移金属の二価イオンが挙げられる。特に、二価イオンＭとしては第２族元素の二価イオンを用いることが好ましい。第２族元素の炭酸塩は水への溶解度が低いため、生成した炭酸塩の回収が容易となるという効果を奏する。また、第２族元素の炭酸塩は無害であって、回収した炭酸塩を資源として様々な用途に利用することが可能であるという利点を有する。 The divalent ion M in this embodiment is not particularly limited as long as it can react with carbon dioxide (carbonate ion) to produce a carbonate. Examples of such divalent ions M include divalent ions of Group 2 elements such as Mg and Ca, and divalent ions of transition metals such as Fe, Co, and Ni. In particular, it is preferable to use the divalent ion of the Group 2 element as the divalent ion M. Since the carbonates of Group 2 elements have low solubility in water, they have the effect of facilitating the recovery of the produced carbonates. Further, the carbonate of the Group 2 element is harmless, and has an advantage that the recovered carbonate can be used as a resource for various purposes.
また、本実施態様における二価イオン源Ｍ０としては、上述した二価イオンＭを含むものであれば特に限定されない。例えば、河川、湖沼水、地下水、海水のような天然資源のほか、工場からの排水・廃水、埋立地の浸出水、二価イオンＭを含む鉱物・鉱石の処理工程（採石、加工処理、保管など）から排出される排水・廃水などが挙げられる。特に、二価イオン源Ｍ０としては海水を用いることが好ましい。海水中には一定量のＭｇやＣａがイオンの状態で含まれているため、安定した量の二価イオンＭを供給することができる二価イオン源Ｍ０として優れている。また、海水を二価イオン源Ｍ０として用いる場合、鉱物・鉱石や鉄鋼スラグと異なり、化学的・物理的処理が不要である。したがって、この場合、二価イオンの原料調達にかかるコストは、主として海水の搬送に係るコストのみとなる。特に、本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ａを海に近い陸地あるいは海上に設置することにより、最小限の搬送コストで利用することが可能である。このため、二価イオンの原料調達にかかるコスト及びエネルギーを大幅に低減させることが可能になる。 Further, the divalent ion source M 0 in this embodiment is not particularly limited as long as it contains the above-mentioned divalent ion M. For example, in addition to natural resources such as rivers, lake water, groundwater, and seawater, wastewater and wastewater from factories, leachate from landfills, and treatment processes for minerals and ores containing divalent ion M (stone collection, processing, and storage). Etc.), such as wastewater and wastewater discharged from. In particular, it is preferable to use seawater as the divalent ion source M 0. Since seawater contains a certain amount of Mg and Ca in the state of ions, it is excellent as a divalent ion source M 0 capable of supplying a stable amount of divalent ion M. Further, when seawater is used as the divalent ion source M 0 , unlike minerals / ores and steel slag, no chemical or physical treatment is required. Therefore, in this case, the cost of procuring the raw material for divalent ions is mainly the cost of transporting seawater. In particular, by installing the carbon dioxide fixation system 1A in this embodiment on land or sea near the sea, it is possible to use it at the minimum transportation cost. Therefore, it is possible to significantly reduce the cost and energy required for procuring raw materials for divalent ions.
本実施態様の濃縮部２は、上述した二価イオン源Ｍ０から二価イオンＭを濃縮することができるものであればよく、具体的な濃縮手段は特に限定されない。このような濃縮手段としては、例えば、陽イオン交換膜と電極を用い、電気透析の原理に基づきイオン移動を行う手段が挙げられる。これにより、上述した二価イオン源Ｍ０のうち、複数のイオン価数のイオンを含むものから効率的に特定のイオン価数のイオン（二価イオン）を選択して濃縮することが可能となる。また、二価イオンＭの濃縮を、常温・常圧下で行うこともできるため、運転に係るエネルギー及びコストを低減することが可能となる。 The concentrating unit 2 of the present embodiment may be any one capable of concentrating the divalent ion M from the above-mentioned divalent ion source M 0, and the specific concentrating means is not particularly limited. Examples of such a concentration means include means for performing ion transfer based on the principle of electrodialysis using a cation exchange membrane and an electrode. This makes it possible to efficiently select and concentrate an ion having a specific ion valence (divalent ion) from among the above-mentioned divalent ion sources M 0 containing ions having a plurality of ion valences. Become. Further, since the divalent ion M can be concentrated at room temperature and normal pressure, it is possible to reduce the energy and cost related to the operation.
濃縮部２は、図１に示すように、処理槽２０を有し、処理槽２０の両端に電極２１ａ、２１ｂを備え、さらに、処理槽２０内には２つの陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂを備えている。なお、図１では、電極２１ａと陽イオン交換膜２２ａの間の空間を第１室２３ａ、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの間の空間を第２室２３ｂ、陽イオン交換膜２２ｂと電極２１ｂの間の空間を第３室２３ｃとしている。
また、処理槽２０には、二価イオン源Ｍ０（海水）を導入するラインＬ１と、濃縮した二価イオンＭを排出するラインＬ２が接続されている。なお、図１では、ラインＬ１は、第１室２３ａ、第２室２３ｂ、第３室２３ｃのそれぞれと接続するように配置され、ラインＬ２は、第２室２３ｂと接続するように配置されている。
As shown in FIG. 1, the concentrating unit 2 has a treatment tank 20, provided electrodes 21a and 21b at both ends of the treatment tank 20, and further, two cation exchange membranes 22a and 22b are provided in the treatment tank 20. I have. In FIG. 1, the space between the electrode 21a and the cation exchange membrane 22a is the space between the first chamber 23a, the space between the cation exchange membranes 22a and 22b is the second chamber 23b, and the space between the cation exchange membrane 22b and the electrode 21b. The space between them is the third room 23c.
Further, the treatment tank 20 is connected to a line L1 for introducing a divalent ion source M 0 (seawater) and a line L2 for discharging the concentrated divalent ion M. In FIG. 1, the line L1 is arranged so as to be connected to each of the first chamber 23a, the second chamber 23b, and the third chamber 23c, and the line L2 is arranged so as to be connected to the second chamber 23b. There is.
濃縮部２は、電極間に電流が流れることで二価イオンＭを含むイオンが移動するものであればよく、例えば、図１に示した濃縮部２は、電極２１ａ、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ、電極２１ｂ間に電流を流すものである。そのため、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内は、電気伝導性を有する溶液（電解質溶液）で満たす必要がある。ここで、二価イオン源Ｍ０は二価イオンＭを含む溶液であり、電解質溶液として機能する。したがって、二価イオン源Ｍ０を、第１室２３ａ〜第３室２３ｃのうち、少なくとも一カ所以上に導入することで、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂを介して二価イオンＭの移動方向が制御され、二価イオン源Ｍ０から二価イオンＭを濃縮することができる。
このとき、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内に導入する電解質溶液としては、全て同じものを用いるものとしてもよく、異なるものを用いるものとしてもよい。
なお、後述するように、濃縮部２は、電極間に第１室２３ａ〜第３室２３ｃ全てが配置されるものだけに限定されるものではない。したがって、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内全てを電解質溶液で満たすことは必須の要件ではなく、電極の配置によっては、純水のような非電解質溶液を第１室２３ａ〜第３室２３ｃのいずれかに導入するものとしてもよい。
The concentrating unit 2 may be such that ions containing divalent ions M move due to the flow of an electric current between the electrodes. For example, the concentrating unit 2 shown in FIG. 1 has electrodes 21a and first chambers 23a to 23a. A current is passed between the three chambers 23c and the electrodes 21b. Therefore, it is necessary to fill the inside of the first chamber 23a to the third chamber 23c with a solution having electrical conductivity (electrolyte solution). Here, the divalent ion source M 0 is a solution containing the divalent ion M and functions as an electrolyte solution. Therefore, by introducing the divalent ion source M 0 into at least one of the first chamber 23a to the third chamber 23c, the movement direction of the divalent ion M can be changed through the cation exchange films 22a and 22b. Controlled, the divalent ion M can be concentrated from the divalent ion source M 0.
At this time, as the electrolyte solutions to be introduced into the first chamber 23a to the third chamber 23c, the same one may be used, or different ones may be used.
As will be described later, the concentrating unit 2 is not limited to the one in which all the first chambers 23a to the third chamber 23c are arranged between the electrodes. Therefore, it is not an indispensable requirement to fill all of the first chamber 23a to the third chamber 23c with the electrolyte solution, and depending on the arrangement of the electrodes, a non-electrolyte solution such as pure water may be applied to the first chamber 23a to the third chamber 23c. It may be introduced in any of the above.
第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内に電解質溶液を満たす手段としては、例えば、図１に示すように、ラインＬ１を、第１室２３ａ、第２室２３ｂ、第３室２３ｃのそれぞれと接続するように配置し、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内に二価イオン源Ｍ０を導入することが挙げられる。これにより、二価イオン源Ｍ０のみを用いて、二価イオンＭの濃縮を行うことができるため、装置構造及び運転操作が簡易化されるとともに、二酸化炭素の固定化に係る原料コストを大幅に低減させることが可能となる。
なお、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内を全て二価イオン源Ｍ０で満たす場合、ラインＬ１の配置は図１に示すものに限定されない。他の例としては、例えば、処理槽２０のいずれか１カ所に設けたラインＬ１を介し、あらかじめ二価イオン源Ｍ０で処理槽２０内を満たした後、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂを配置して、第１室２３ａ〜第３室２３ｃを形成するもの等が挙げられる。
As a means for filling the first chamber 23a to the third chamber 23c with the electrolyte solution, for example, as shown in FIG. 1, the line L1 is connected to each of the first chamber 23a, the second chamber 23b, and the third chamber 23c. The divalent ion source M 0 may be introduced into the first chamber 23a to the third chamber 23c. As a result, the divalent ion M can be concentrated using only the divalent ion source M 0, so that the device structure and operation operation are simplified and the raw material cost related to carbon dioxide fixation is significantly increased. Can be reduced to.
When the inside of the first chamber 23a to the third chamber 23c is completely filled with the divalent ion source M 0 , the arrangement of the line L1 is not limited to that shown in FIG. As another example, for example, the cation exchange membranes 22a and 22b are arranged after filling the inside of the treatment tank 20 with the divalent ion source M 0 in advance via the line L1 provided at any one of the treatment tanks 20. Then, those forming the first chamber 23a to the third chamber 23c and the like can be mentioned.
また、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内に電解質溶液を満たす手段の他の例としては、ラインＬ１を第１室２３ａ及び第３室２３ｃと接続するように配置して二価イオン源Ｍ０を導入する一方、第２室２３ｂには、二価イオン源Ｍ０以外の電解質溶液を導入するものとすることが挙げられる。このとき、二価イオン源Ｍ０以外の電解質溶液としては、特に、塩酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオンを含まないものを用いることが好ましい。
後述するように、第２室２３ｂには濃縮された二価イオンＭが貯留されるが、このとき、二価イオン源Ｍ０として塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオンのような陰イオンが含まれるもの（例えば海水など）を用い、第２室２３ｂに導入すると、第２室２３ｂ中にはこれらの陰イオンが残留する。これらの陰イオンが二価イオンＭと反応して、第２室２３ｂ内に濃縮された二価イオンＭが消費される可能性がある。したがって、これらの陰イオンを含まないものを第２室２３ｂにおける電解質溶液として用いることで、二価イオンＭと炭酸イオンの反応効率が低下することを抑制することが可能となる。
Further, as another example of the means for filling the electrolyte solution in the first chamber 23a to the third chamber 23c, the line L1 is arranged so as to be connected to the first chamber 23a and the third chamber 23c, and the divalent ion source M is arranged. While 0 is introduced, an electrolyte solution other than the divalent ion source M 0 is introduced into the second chamber 23b. At this time, as the electrolyte solution other than the divalent ion source M 0 , it is particularly preferable to use a solution containing no hydrochloric acid ion, nitrate ion, or sulfate ion.
As will be described later, the concentrated divalent ion M is stored in the second chamber 23b, and at this time, anions such as chlorine ion, nitrate ion, and sulfate ion are contained as the divalent ion source M 0. When a substance (for example, seawater) is introduced into the second chamber 23b, these anions remain in the second chamber 23b. These anions may react with the divalent ion M to consume the concentrated divalent ion M in the second chamber 23b. Therefore, by using a solution that does not contain these anions as the electrolyte solution in the second chamber 23b, it is possible to suppress a decrease in the reaction efficiency between the divalent ion M and the carbonate ion.
処理槽２０は、電極２１ａ、２１ｂと、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂとを備え、二価イオン源Ｍ０を貯留可能となるように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。例えば、電解槽や電気透析槽として知られている構造に用いられる素材や形状を用いること等が挙げられる。 The treatment tank 20 may be provided with electrodes 21a and 21b and cation exchange membranes 22a and 22b, and may be formed so as to be able to store the divalent ion source M 0. It doesn't matter. For example, the use of materials and shapes used in structures known as electrolytic cells and electrodialysis tanks can be mentioned.
電極２１ａ、２１ｂは、導線により直流電源と接続されている（不図示）。
本実施態様においては、電極２１ａは陽極として機能するものを、電極２１ｂは陰極として機能するものを示している。電極２１ａ、２１ｂとしては、陽極または陰極として機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極２１ａ、２１ｂの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属（ステンレス、白金、銅等）が挙げられる。また、電極２１ａ、２１ｂの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。
The electrodes 21a and 21b are connected to a DC power supply by a conducting wire (not shown).
In this embodiment, the electrode 21a shows a function as an anode, and the electrode 21b shows a function as a cathode. The electrodes 21a and 21b may function as an anode or a cathode, and the material and shape are not particularly limited. Examples of the materials of the electrodes 21a and 21b include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) widely used as electrode materials in the electrochemical field. Further, as an example of the shape of the electrodes 21a and 21b, for example, a flat plate shape, a rod shape, a mesh shape and the like can be mentioned.
また、電極２１ａ、２１ｂに接続される直流電源は特に限定されないが、太陽電池などの再生可能エネルギーや他の施設における余剰電力を利用するものとすることが好ましい。これにより、二酸化炭素の固定化において使用するエネルギーを低減させることが可能となる。特に、太陽電池など、発電に際して二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギーを用いることで、二酸化炭素の排出抑制をより一層推進することができる。 The DC power source connected to the electrodes 21a and 21b is not particularly limited, but it is preferable to utilize renewable energy such as a solar cell or surplus power in other facilities. This makes it possible to reduce the energy used for carbon dioxide fixation. In particular, by using a renewable energy such as a solar cell that does not emit carbon dioxide during power generation, it is possible to further promote the suppression of carbon dioxide emission.
陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂは、陽イオンを選択的に透過することができる膜である。また、本実施態様における陽イオン交換膜２２ａと陽イオン交換膜２２ｂは、それぞれに異なる機能を有するものとする。本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａにおいて、異なる機能を有する２つの陽イオン交換膜（陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂ）を用いることで、複数のイオン価数のイオンを含むものから効率的に特定のイオン価数のイオンを選択的に濃縮することが可能となる。 The cation exchange membranes 22a and 22b are membranes capable of selectively permeating cations. Further, it is assumed that the cation exchange membrane 22a and the cation exchange membrane 22b in the present embodiment have different functions. In the carbon dioxide immobilization system 1A of the present embodiment, by using two cation exchange membranes (cation exchange membranes 22a and 22b) having different functions, it is possible to efficiently start from those containing ions having a plurality of ion valences. It is possible to selectively concentrate ions having a specific ion valence.
本実施態様においては、例えば、陽イオン交換膜２２ａとしては、陽イオン交換能を有するものであればよく、透過する陽イオンの種類を限定しないもの（無処理膜）を用いることが挙げられる。一方、陽イオン交換膜２２ｂとしては、例えば、一価の陽イオンを選択的に透過できるように処理したもの（一価イオン選択処理膜）を用いることが挙げられる。これにより、後述する濃縮工程において、二価イオンＭを選択的に濃縮することが可能となる。
なお、陽イオン交換膜２２ａ及び陽イオン交換膜２２ｂは、上述した機能を有するものであればよく、それぞれの陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂを構成する具体的な成分や構造については特に限定されず、公知のものを用いることができる。
In the present embodiment, for example, the cation exchange membrane 22a may be any one having a cation exchange ability and does not limit the type of cations that permeate (untreated membrane). On the other hand, as the cation exchange membrane 22b, for example, a membrane treated so that monovalent cations can be selectively permeated (monovalent ion selection treated membrane) can be used. This makes it possible to selectively concentrate the divalent ion M in the concentration step described later.
The cation exchange membrane 22a and the cation exchange membrane 22b may have the above-mentioned functions, and the specific components and structures constituting the respective cation exchange membranes 22a and 22b are not particularly limited. , Known ones can be used.
本実施態様の濃縮部２における濃縮工程について、図２に基づき説明する。
図２は、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａにおける濃縮部２での濃縮工程を示す概略説明図である。図２における濃縮部２の構成は、図１に示した構成と同じであり、第１室２３ａ〜第３室２３ｃ内には全て二価イオン源Ｍ０（海水）を導入している。なお、図２には、陽イオンの移動についてのみ示しており、陰イオンについては省略している。
The concentration step in the concentration unit 2 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a concentration step in the concentration unit 2 in the carbon dioxide fixation system 1A of the present embodiment. The configuration of the concentrating unit 2 in FIG. 2 is the same as the configuration shown in FIG. 1, and a divalent ion source M 0 (seawater) is introduced into all of the first chambers 23a to the third chamber 23c. Note that FIG. 2 shows only the movement of cations, and omits anions.
図２に示すように、濃縮部２の電極２１ａ、２１ｂに直流電源により電圧を印加すると、第１室２３ａ内の陽イオン（Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）は陽イオン交換膜２２ａを透過し、第２室２３ｂ内に移動する。なお、図２におけるＣａ２＋、Ｍｇ２＋が本実施態様の二価イオンＭに相当する。さらに、第２室２３ｂに移動した陽イオンのうち、一価の陽イオン（Ｎａ＋、Ｋ＋）のみが陽イオン交換膜２２ｂを透過して第３室２３ｃ内に移動する。この結果、第２室２３ｂ内には、二価イオンＭ（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）が濃縮することになる。したがって、本実施態様において、第２室２３ｂは、二価イオンＭの濃縮室として機能するものである。 As shown in FIG. 2, when a voltage is applied to the electrodes 21a and 21b of the concentrating unit 2 by a DC power source, the cations (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ ) in the first chamber 23a are cation exchange membranes. It passes through 22a and moves into the second chamber 23b. In addition, Ca 2+ and Mg 2+ in FIG. 2 correspond to the divalent ion M of this embodiment. Further, among the cations that have moved to the second chamber 23b, only monovalent cations (Na + , K + ) permeate the cation exchange membrane 22b and move into the third chamber 23c. As a result, divalent ions M (Ca 2+ , Mg 2+ ) are concentrated in the second chamber 23b. Therefore, in the present embodiment, the second chamber 23b functions as a concentration chamber for the divalent ion M.
上記濃縮工程により、第２室２３ｂ内に濃縮された二価イオンＭは、ラインＬ２を介して、反応部４へ導入される。 The divalent ion M concentrated in the second chamber 23b by the above concentration step is introduced into the reaction section 4 via the line L2.
また、上記濃縮工程後、第３室２３ｃ内には一価の陽イオン濃度が増加した電解質溶液が貯留されるが、この電解質溶液の処理については特に限定されない。例えば、第３室２３ｃに排出配管を設け、濃縮工程後の電解質溶液を系外に排出するものとすることや、濃縮工程後の電解質溶液を第１室２３ａに導入して一価の陽イオンを処理槽２０内で循環させるものとすることなどが挙げられる。 Further, after the concentration step, an electrolyte solution having an increased monovalent cation concentration is stored in the third chamber 23c, but the treatment of the electrolyte solution is not particularly limited. For example, a discharge pipe is provided in the third chamber 23c to discharge the electrolyte solution after the concentration step to the outside of the system, or the electrolyte solution after the concentration step is introduced into the first chamber 23a to provide a monovalent cation. Is circulated in the processing tank 20 and the like.
なお、濃縮部２は、図１及び図２で示した構造に限定するものではなく、二価イオンＭの濃縮を効率的に行うための各種手段を追加するものとしてもよい。このような手段の一例としては、例えば、電極２１ａ、２１ｂの表面で析出物が生成することを抑制するための手段や、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂのイオン透過効率が低減することを抑制するための手段などが挙げられる。 The concentration unit 2 is not limited to the structures shown in FIGS. 1 and 2, and various means for efficiently concentrating the divalent ion M may be added. Examples of such means include means for suppressing the formation of precipitates on the surfaces of the electrodes 21a and 21b, and suppressing reduction in the ion permeation efficiency of the cation exchange membranes 22a and 22b. Means for this can be mentioned.
（炭酸イオン生成部）
炭酸イオン生成部３は、二酸化炭素から炭酸イオンを生成する炭酸イオン生成工程を行うためのものである。
本実施態様における炭酸イオン生成部３としては、二酸化炭素から炭酸イオンを生成できるものであればよく、具体的な生成手段は特に限定されない。このような生成手段としては、例えば、二酸化炭素を液体に溶解させる溶解手段が挙げられる。これにより、気体である二酸化炭素を容易に炭酸イオンの形とすることが可能となる。また、液体中に炭酸イオンを存在させた状態とし、後述する反応部４に導入することで、二価イオンＭと炭酸イオンの接触効率を高めることができ、炭酸塩の生成に係る化学反応の効率を向上させることが可能となる。
(Carbonate ion generator)
The carbonate ion generation unit 3 is for performing a carbonate ion generation step of generating carbonate ions from carbon dioxide.
The carbonate ion generation unit 3 in the present embodiment may be any as long as it can generate carbonate ions from carbon dioxide, and the specific generation means is not particularly limited. Examples of such a producing means include a dissolving means for dissolving carbon dioxide in a liquid. This makes it possible to easily form carbon dioxide, which is a gas, in the form of carbonate ions. Further, by setting the carbonate ion in the liquid and introducing it into the reaction unit 4 described later, the contact efficiency between the divalent ion M and the carbonate ion can be improved, and the chemical reaction related to the formation of carbonate can be performed. It is possible to improve efficiency.
本実施態様における炭酸イオン生成部３は、図１に示すように、溶解槽３０を備え、溶解槽３０には二酸化炭素を溶解するための液体３１が貯留されている。この液体３１は、二酸化炭素が溶解するものであれば特に限定されず、常温・常圧下で二酸化炭素が溶解するものであることが好ましい。液体３１としては、例えば、純水・処理水のほか、二価イオン源Ｍ０として用いられる溶液（海水、排水・廃水等）やアルカリ溶液（水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等）などが挙げられる。 As shown in FIG. 1, the carbonate ion generation unit 3 in the present embodiment includes a dissolution tank 30, and a liquid 31 for dissolving carbon dioxide is stored in the dissolution tank 30. The liquid 31 is not particularly limited as long as it dissolves carbon dioxide, and it is preferable that the liquid 31 dissolves carbon dioxide at normal temperature and pressure. The liquid 31, for example, addition of pure water, treated water, a solution which is used as the divalent ion source M 0 (seawater, waste water, waste water, etc.) and an alkaline solution (sodium hydroxide aqueous solution, such as potassium hydroxide solution) and Can be mentioned.
炭酸イオン生成部３は、溶解槽３０における二酸化炭素の溶解効率を向上させるための手段を設けるものとしてもよい。このような手段としては、例えば、加圧手段や、二酸化炭素の溶解度を高めるための薬品を液体３１に添加する薬品添加手段などが挙げられる。これにより、反応部４に導入する炭酸イオン濃度を高め、二酸化炭素の固定化に係る効率を向上させることが可能となる。 The carbonate ion generation unit 3 may be provided with means for improving the dissolution efficiency of carbon dioxide in the dissolution tank 30. Examples of such means include a pressurizing means and a chemical adding means for adding a chemical for increasing the solubility of carbon dioxide to the liquid 31. This makes it possible to increase the concentration of carbonate ions introduced into the reaction unit 4 and improve the efficiency of carbon dioxide fixation.
また、本実施態様における濃縮部２において、電極２１ｂ側にバイポーラ膜を設け、バイポーラ膜から第３室２３ｃ内に水酸化イオンを発生させて、第３室２３ｃ内の溶液をアルカリ溶液（水酸化ナトリウム水溶液あるいは水酸化カリウム溶液）として、炭酸イオン生成部３の液体３１として用いるものとしてもよい。これにより、薬品コストを増大させることなく、炭酸イオン生成部３における二酸化炭素の溶解効率を向上させることができる。 Further, in the concentrating section 2 of the present embodiment, a bipolar film is provided on the electrode 21b side, hydroxide ions are generated from the bipolar film in the third chamber 23c, and the solution in the third chamber 23c is made into an alkaline solution (hydroxylate). It may be used as the liquid 31 of the carbonate ion generation unit 3 as an aqueous sodium solution or a potassium hydroxide solution). Thereby, the dissolution efficiency of carbon dioxide in the carbonate ion generation unit 3 can be improved without increasing the chemical cost.
炭酸イオン生成部３に二酸化炭素を導入する手段については、特に限定されない。例えば、二酸化炭素の供給源からラインＬ３を介して直接導入することや、二酸化炭素の供給源に含まれる二酸化炭素を一旦高濃度化（濃縮）したものをラインＬ３を介して導入することなどが挙げられる。
一般に、二酸化炭素の固定化においては、反応効率を上げるために、気体中の二酸化炭素を高濃度化する必要があった。一方、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａでは、炭酸イオン生成部３において二酸化炭素を液体に溶解させている。そのため、炭酸イオン生成部３では、液体への二酸化炭素の溶解度に相当する分、二酸化炭素が高濃度化されることになる。したがって、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａにおいては、二酸化炭素の供給源として、大気等のように低濃度の二酸化炭素を含有するガスを用い、炭酸イオン生成部３に直接導入して、二酸化炭素の固定化を行うことが可能である。これにより、気体中の二酸化炭素の高濃度化に係る設備コストや運転コストを大幅に削減することが可能となる。なお、所望する二酸化炭素の処理効率やランニングコストを考慮し、二酸化炭素の供給源に含まれる二酸化炭素の高濃度化を行った後、炭酸イオン生成部３に導入するものとしてもよい。
The means for introducing carbon dioxide into the carbonate ion generation unit 3 is not particularly limited. For example, it may be introduced directly from the carbon dioxide supply source via the line L3, or the carbon dioxide contained in the carbon dioxide supply source may be once concentrated (concentrated) and introduced via the line L3. Can be mentioned.
Generally, in carbon dioxide fixation, it is necessary to increase the concentration of carbon dioxide in the gas in order to increase the reaction efficiency. On the other hand, in the carbon dioxide fixation system 1A of the present embodiment, carbon dioxide is dissolved in a liquid in the carbonate ion generation unit 3. Therefore, in the carbonate ion generation unit 3, the concentration of carbon dioxide is increased by the amount corresponding to the solubility of carbon dioxide in the liquid. Therefore, in the carbon dioxide fixation system 1A of the present embodiment, a gas containing a low concentration of carbon dioxide such as the atmosphere is used as a carbon dioxide supply source, and the gas is directly introduced into the carbonate ion generation unit 3. It is possible to fix carbon dioxide. This makes it possible to significantly reduce equipment costs and operating costs associated with increasing the concentration of carbon dioxide in the gas. In consideration of the desired carbon dioxide processing efficiency and running cost, the carbon dioxide contained in the carbon dioxide supply source may be increased in concentration and then introduced into the carbonate ion generation unit 3.
炭酸イオン生成部３により生成した炭酸イオンは、ラインＬ４を介して反応部４に導入される。 The carbonate ion generated by the carbonate ion generation unit 3 is introduced into the reaction unit 4 via the line L4.
（反応部）
反応部４は、二価イオンと炭酸イオンを接触させ、炭酸塩を生成する反応工程を行うものである。また、反応部４での反応工程が進行することにより、二酸化炭素の固定化が行われる。
(Reaction part)
The reaction unit 4 carries out a reaction step of bringing a divalent ion and a carbonate ion into contact with each other to produce a carbonate. Further, as the reaction step in the reaction section 4 progresses, carbon dioxide is fixed.
本実施態様における反応部４は、図１に示すように、反応槽４０を備えている。また、反応槽４０には、濃縮部２からラインＬ２を介して濃縮された二価イオンＭが導入されるとともに、炭酸イオン生成部３からラインＬ４を介して炭酸イオンが導入される。 As shown in FIG. 1, the reaction unit 4 in this embodiment includes a reaction tank 40. Further, the divalent ion M concentrated via the line L2 is introduced from the concentration unit 2 into the reaction tank 40, and the carbonate ion is introduced from the carbonate ion generation unit 3 via the line L4.
反応槽４０内では、導入された二価イオンＭと炭酸イオンが液体（主に、水（Ｈ２Ｏ））中で反応し、炭酸塩を生成する。このとき、二価イオンＭと炭酸イオンはイオンの状態を維持したまま、水中で反応するため、イオン同士の接触効率が高まり、反応槽４０内における反応を速やかに進行させることができる。これにより、二酸化炭素の固定化を高効率で行うことが可能となる。また、炭酸塩の生成反応は、基本的に発熱反応であることが知られており、反応槽４０における反応工程を進行させるために、外部からエネルギーを供給する必要がない。したがって、低コスト・低エネルギーで二酸化炭素の固定化を行うことが可能となる。 The reaction tank 40, divalent ions M and carbonate ions introduced liquid (mainly water (H 2 O)) to react in, to generate the carbonate. At this time, since the divalent ion M and the carbonate ion react in water while maintaining the ion state, the contact efficiency between the ions is increased, and the reaction in the reaction tank 40 can be rapidly advanced. This makes it possible to fix carbon dioxide with high efficiency. Further, it is known that the carbonate formation reaction is basically an exothermic reaction, and it is not necessary to supply energy from the outside in order to proceed the reaction step in the reaction tank 40. Therefore, it is possible to fix carbon dioxide at low cost and low energy.
反応槽４０において生成する炭酸塩の一例としては、例えば、導入された二価イオンＭがＣａ２＋である場合、反応槽４０内ではＣａＣＯ３が生成する。また、他の炭酸塩の例としては、導入された二価イオンＭがＭｇ２＋である場合、反応槽４０内ではＭｇＣＯ３が生成する。これらの炭酸塩（ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３）は、水への溶解度が低く、かつ密度が水よりも大きいため、反応槽４０内に沈降する。沈降した炭酸塩は、ラインＬ５を介して容易に回収することができる。また、回収した炭酸塩は資源として様々な用途に用いることが可能となる。 As an example of the carbonate produced in the reaction vessel 40, for example, when the introduced divalent ion M is Ca 2+ , CaCO 3 is produced in the reaction vessel 40. Further, as an example of another carbonate, when the introduced divalent ion M is Mg 2+ , MgCO 3 is generated in the reaction tank 40. Since these carbonates (CaCO 3 , MgCO 3 ) have low solubility in water and have a higher density than water, they settle in the reaction vessel 40. The precipitated carbonate can be easily recovered via the line L5. In addition, the recovered carbonate can be used for various purposes as a resource.
なお、反応部４には、二価イオンＭと炭酸イオンによる炭酸塩の生成反応に係る条件を最適化し、二価イオンＭと炭酸イオンの反応効率を高めるための手段を設けるものとしてもよい。このような手段としては、例えば、撹拌等のように、二価イオンＭと炭酸イオンの接触効率を向上させる機械的手段のほか、アルカリ剤などの薬品添加等のように、反応槽４０内のｐＨ調整を行う化学的手段などが挙げられる。 The reaction unit 4 may be provided with means for optimizing the conditions related to the carbonate formation reaction between the divalent ion M and the carbonate ion and increasing the reaction efficiency between the divalent ion M and the carbonate ion. Such means include, for example, mechanical means for improving the contact efficiency between divalent ion M and carbonate ion such as stirring, and addition of chemicals such as an alkaline agent in the reaction vessel 40. Examples include chemical means for adjusting the pH.
以上のように、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａ、及び本実施態様の二酸化炭素炭素固定化システム１Ａを用いた二酸化炭素固定化方法により、低コスト・低エネルギー、かつ高効率で炭酸塩固定法による二酸化炭素の固定化を行うことが可能となる。 As described above, by the carbon dioxide fixation method using the carbon dioxide fixation system 1A of the present embodiment and the carbon dioxide carbon fixation system 1A of the present embodiment, carbonates are low-cost, low-energy, and highly efficient. It is possible to fix carbon dioxide by the fixation method.
従来、炭酸塩固定法で用いられる鉱物・鉱石や鉄鋼スラグは、様々な化学的・物理的処理を経て、二酸化炭素を炭酸塩化するための原料である二価イオンを取り出す必要があった。
一方、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ａは、二価イオンが液体内で既にイオンの状態で存在している二価イオン源（海水等）から二価イオンを濃縮させるものである。これにより、二酸化炭素を炭酸塩化するための原料の調達にかかるコスト及びエネルギーを大幅に低減させることが可能になる。
Conventionally, minerals / ores and steel slag used in the carbonate fixation method have had to be subjected to various chemical and physical treatments to extract divalent ions, which are raw materials for carbonic acid chloride.
On the other hand, the carbon dioxide immobilization system 1A of the present embodiment concentrates divalent ions from a divalent ion source (seawater or the like) in which divalent ions already exist in an ionic state in a liquid. This makes it possible to significantly reduce the cost and energy required for procuring raw materials for carbon dioxide chloride.
〔第２の実施態様〕
第２の実施態様に係る二酸化炭素固定化システム１Ｂは、第１の実施態様における濃縮部２に対し、炭酸イオン生成部３及び反応部４の一部又は全部の機能を一体化したものである。なお、第１の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Second Embodiment]
The carbon dioxide fixation system 1B according to the second embodiment integrates the functions of a part or all of the carbonate ion generation unit 3 and the reaction unit 4 with the enrichment unit 2 in the first embodiment. .. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図３は、本発明の第２の実施態様における二酸化炭素固定化システムを示す概略説明図である。なお、図３は、第１の実施態様における濃縮部２に対し、反応部４の機能を一体化したものを示している。 FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a carbon dioxide fixation system according to a second embodiment of the present invention. Note that FIG. 3 shows the integrated function of the reaction unit 4 with that of the enrichment unit 2 in the first embodiment.
図３に示すように、本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｂは、濃縮部２における第２室２３ｂに対し、炭酸イオン生成部３からのラインＬ４を接続することにより、第２室２３ｂ内で二価イオンＭと炭酸イオンの反応を行うものである。つまり、図３に示した本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｂは、濃縮部２の第２室２３ｂが、反応部４としても機能するものとなっている。また、本実施態様における濃縮部２の第２室２３ｂは、ラインＬ２に代えて生成した炭酸塩を回収するためのラインＬ５を設けるものとしている。これにより、二酸化炭素固定化システム１Ｂの装置構造を簡略化することができるとともに、システム全体を小型化することができ、低コスト化・低エネルギー化が可能となる。 As shown in FIG. 3, the carbon dioxide fixation system 1B in the present embodiment is formed in the second chamber 23b by connecting the line L4 from the carbonate ion generation unit 3 to the second chamber 23b in the enrichment unit 2. The reaction between the divalent ion M and the carbonate ion is carried out. That is, in the carbon dioxide fixation system 1B of the present embodiment shown in FIG. 3, the second chamber 23b of the enrichment unit 2 also functions as the reaction unit 4. Further, the second chamber 23b of the concentrating unit 2 in the present embodiment is provided with a line L5 for recovering the produced carbonate instead of the line L2. As a result, the device structure of the carbon dioxide fixation system 1B can be simplified, the entire system can be miniaturized, and the cost and energy can be reduced.
また、図３に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂでは、濃縮部２の第２室２３ｂが反応部４の機能を有することにより、第２室２３ｂ内に貯留されている濃縮された二価イオンＭは、炭酸イオンと反応し、速やかに消費されていく。一方、陽イオン交換膜２２ａを介して第２室２３ｂ内には陽イオンが連続的に供給されるため、炭酸塩を生成する反応工程も連続的に進行する。また、第２室２３ｂ内の陽イオン濃度が低下することで、第１室２３ａから陽イオン交換膜２２ａを介して第２室２３ｂ内に移動する陽イオンの移動速度を速くすることができるという効果も奏する。したがって、二酸化炭素の固定化効率を格段に向上させることが可能となる。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 3, the second chamber 23b of the enrichment unit 2 has the function of the reaction unit 4, so that the concentrated divalent ions stored in the second chamber 23b M reacts with carbonate ions and is rapidly consumed. On the other hand, since cations are continuously supplied into the second chamber 23b via the cation exchange membrane 22a, the reaction step of producing carbonate also proceeds continuously. Further, by reducing the cation concentration in the second chamber 23b, the moving speed of the cations moving from the first chamber 23a into the second chamber 23b via the cation exchange membrane 22a can be increased. It also has an effect. Therefore, it is possible to significantly improve the carbon dioxide fixation efficiency.
一方、図４は、本発明の第２の実施態様における二酸化炭素固定化システムの別態様を示す概略説明図である。なお、図４は、第１の実施態様における濃縮部２に対し、炭酸イオン生成部３と反応部４の機能を全て一体化したものを示している。 On the other hand, FIG. 4 is a schematic explanatory view showing another aspect of the carbon dioxide fixation system according to the second embodiment of the present invention. Note that FIG. 4 shows a combination of the concentration unit 2 in the first embodiment and the functions of the carbonate ion generation unit 3 and the reaction unit 4.
図４に示すように、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｂは、濃縮部２における第２室２３ｂに対し、ラインＬ３を接続し、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を直接導入することにより、第２室２３ｂ内で炭酸イオンを生成させるものである。つまり、図４に示した本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｂは、濃縮部２の第２室２３ｂが、反応部４に加えて炭酸イオン生成部３としても機能するものとなっている。これにより、二酸化炭素固定化システム１Ｂの装置構造を更に簡略化することができるとともに、システム全体を小型化することができ、低コスト化・低エネルギー化が可能となる。 As shown in FIG. 4, the carbon dioxide fixation system 1B of the present embodiment connects the line L3 to the second chamber 23b in the enrichment unit 2 and directly introduces carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas). , Carbon dioxide ion is generated in the second chamber 23b. That is, in the carbon dioxide fixation system 1B of the present embodiment shown in FIG. 4, the second chamber 23b of the enrichment unit 2 functions as a carbonate ion generation unit 3 in addition to the reaction unit 4. As a result, the device structure of the carbon dioxide fixation system 1B can be further simplified, the entire system can be miniaturized, and the cost and energy can be reduced.
また、図４に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂでは、濃縮部２の第２室２３ｂが反応部４として機能するため、炭酸塩の生成反応により炭酸イオンが消費される。このため、ラインＬ３を介して第２室２３ｂ内に導入された気体の二酸化炭素（ＣＯ２）に対し、炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）を生成する反応（溶解反応）が速やかに進行し、連続して炭酸イオンを供給することが可能となる。したがって、濃縮部２の第２室２３ｂは、反応部４の機能とともに炭酸イオン生成部３の機能を備えることで、二酸化炭素の溶解効率及び溶解速度をより一層向上させることが可能となる。これにより、ラインＬ３を介して導入する二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）が低濃度のものであっても、二酸化炭素の固定化を高効率で行うことが可能となる。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 4, since the second chamber 23b of the concentration unit 2 functions as the reaction unit 4, carbonate ions are consumed by the carbonate formation reaction. Therefore, the reaction (dissolution reaction) for generating carbonate ions (CO 3 2- ) with respect to the gaseous carbon dioxide (CO 2 ) introduced into the second chamber 23b via the line L3 proceeds rapidly, and the reaction (dissolution reaction) proceeds rapidly. It becomes possible to continuously supply carbon dioxide ions. Therefore, the second chamber 23b of the concentrating unit 2 is provided with the function of the carbonate ion generation unit 3 as well as the function of the reaction unit 4, so that the dissolution efficiency and the dissolution rate of carbon dioxide can be further improved. This makes it possible to fix carbon dioxide with high efficiency even if the carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) introduced via the line L3 has a low concentration.
以上のように、本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｂは、濃縮部２に対し、炭酸イオン生成部３及び反応部４の一部又は全部の機能を一体化することで、システム全体を小型化して、低コスト化・低エネルギー化を行うことが可能となる。また、炭酸塩を生成する反応工程を連続的に進行させることができ、二酸化炭素の固定化の効率を格段に向上させることが可能である。 As described above, the carbon dioxide fixation system 1B in the present embodiment can reduce the size of the entire system by integrating the functions of a part or all of the carbonate ion generation unit 3 and the reaction unit 4 with the enrichment unit 2. This makes it possible to reduce costs and energy. In addition, the reaction process for producing carbonate can be continuously advanced, and the efficiency of carbon dioxide fixation can be remarkably improved.
また、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｂにおいては、第１の実施態様と同様の工程により二酸化炭素の固定化を行うことが可能である。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1B of the present embodiment, carbon dioxide can be fixed by the same steps as in the first embodiment.
〔第３の実施態様〕
第３の実施態様に係る二酸化炭素固定化システム１Ｃは、第１の実施態様又は第２の実施態様における電極２１ａ、２１ｂに代えて、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの近傍に電極を設けるものである。
[Third Embodiment]
The carbon dioxide fixation system 1C according to the third embodiment is provided with electrodes in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b instead of the electrodes 21a and 21b in the first embodiment or the second embodiment. is there.
図５は、本発明の第３の実施態様における二酸化炭素固定化システムを示す概略説明図である。図５に示すように、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｃは、第２の実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｂにおける電極２１ａ、２１ｂに代えて、陽イオン交換膜２２ａの近傍に電極２１ｃを設け、陽イオン交換膜２２ｂの近傍に電極２１ｄを設けるものである。ここで、電極２１ｃは陽極として機能するものであり、電極２１ｄは陰極として機能するものである。また、電極２１ｃと電極２１ｄは、導線により直流電源と接続されている（不図示）。
なお、図５では、第２の実施態様において図４に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂに基づく構成を変更したものを示しているが、これに限定されるものではなく、第１の実施態様に示した二酸化炭素固定化システム１Ａに基づく構成や、第２の実施態様において図３に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂに基づく構成を変更するものとしてもよい。また、図５中において、第２の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing a carbon dioxide fixation system according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the carbon dioxide fixation system 1C of the present embodiment, instead of the electrodes 21a and 21b in the carbon dioxide fixation system 1B of the second embodiment, the electrodes 21c are located in the vicinity of the cation exchange membrane 22a. Is provided, and the electrode 21d is provided in the vicinity of the cation exchange membrane 22b. Here, the electrode 21c functions as an anode, and the electrode 21d functions as a cathode. Further, the electrode 21c and the electrode 21d are connected to a DC power supply by a conducting wire (not shown).
Note that FIG. 5 shows a modified configuration based on the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 4 in the second embodiment, but the present invention is not limited to this, and the first embodiment is not limited to this. The configuration based on the carbon dioxide fixation system 1A shown in FIG. 3 or the configuration based on the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 3 in the second embodiment may be changed. Further, in FIG. 5, description of the same configuration as that of the second embodiment will be omitted.
本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｃは、処理槽２０全体に対して電圧を印加するものではなく、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの近傍に電極を設け、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂ近傍及び陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂ間（第２室２３ｂ内）の陽イオンを移動させるものである。なお、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂと電極２１ｃ、２１ｄの位置関係としては、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂと電極２１ｃ、２１ｄが直に接触するように配置するものを含むものである。 The carbon dioxide immobilization system 1C in the present embodiment does not apply a voltage to the entire treatment tank 20, but provides electrodes in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b, and provides electrodes in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b and the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b. It moves cations between the cation exchange membranes 22a and 22b (inside the second chamber 23b). The positional relationship between the cation exchange membranes 22a and 22b and the electrodes 21c and 21d includes those arranged so that the cation exchange membranes 22a and 22b and the electrodes 21c and 21d are in direct contact with each other.
本実施態様の電極２１ｃ、２１ｄは、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの近傍に配置するものであるため、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂに対する物質移動の阻害を抑制できる形状とすることが好ましい。したがって、電極２１ｃ、２１ｄの形状としては、例えば、メッシュ状や針金等の細い棒状などが挙げられる。 Since the electrodes 21c and 21d of the present embodiment are arranged in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b, it is preferable that the electrodes 21c and 21d have a shape capable of suppressing the inhibition of mass transfer to the cation exchange membranes 22a and 22b. Therefore, examples of the shapes of the electrodes 21c and 21d include a mesh shape and a thin rod shape such as a wire.
本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｃでは、第２室２３ｂ内で二価イオンＭが消費されていくため、いわゆる電気透析の原理に基づくイオン移動以外に、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂ近傍における陽イオンの濃度勾配によるイオン移動が生じる。このため、二酸化炭素固定化システム１Ｃでは、二価イオンＭの濃縮工程において、十分なイオン移動が生じることになる。これにより、二価イオンＭを濃縮させるために印加する電圧（外部から供給するエネルギー）を低減させることが可能となる。 In the carbon dioxide immobilization system 1C of the present embodiment, since divalent ions M are consumed in the second chamber 23b, in addition to ion transfer based on the so-called electrodialysis principle, in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b Ion movement occurs due to the concentration gradient of cations. Therefore, in the carbon dioxide fixation system 1C, sufficient ion transfer occurs in the step of concentrating the divalent ion M. This makes it possible to reduce the voltage (energy supplied from the outside) applied to concentrate the divalent ion M.
また、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｃの別の態様としては、電極２１ｃ、２１ｄを陽イオン交換膜２２ａに対して設けるものとすることが挙げられる。このとき、陽イオン交換膜２２ａにおいては電気透析の原理に基づく陽イオンの移動が生じ、陽イオン交換膜２２ｂにおいては陽イオンの濃度勾配に基づくイオンの移動が生じることとなる。これにより、二価イオンＭを濃縮させるために外部から供給するエネルギーを更に低減させることが可能となる。
なお、このとき、電極２１ｃ、２１ｄに電流を流すためには、少なくとも第１室２１ａ及び第２室２３ｂに電解質溶液が導入されていればよい。したがって、この場合、第３室２３ｃには、電解質溶液の代わりに、純水のような非電解質溶液を導入することもできる。
Further, as another aspect of the carbon dioxide fixation system 1C of the present embodiment, the electrodes 21c and 21d may be provided on the cation exchange membrane 22a. At this time, the cation exchange membrane 22a causes the movement of cations based on the principle of electrodialysis, and the cation exchange membrane 22b causes the movement of ions based on the concentration gradient of the cations. This makes it possible to further reduce the energy supplied from the outside in order to concentrate the divalent ion M.
At this time, in order to pass an electric current through the electrodes 21c and 21d, it is sufficient that the electrolyte solution is introduced into at least the first chamber 21a and the second chamber 23b. Therefore, in this case, a non-electrolyte solution such as pure water can be introduced into the third chamber 23c instead of the electrolyte solution.
以上のように、本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｃは、第１の実施態様又は第２の実施態様で示した電極２１ａ、２１ｂに代えて、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの近傍に電極を設けるものである。これにより、濃縮部２において二価イオンＭを濃縮させるために印加する電圧（外部から供給するエネルギー）を低減させることができ、二酸化炭素の固定化に係る更なる低エネルギー化が可能となる。 As described above, the carbon dioxide fixation system 1C in the present embodiment has electrodes in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b instead of the electrodes 21a and 21b shown in the first embodiment or the second embodiment. Is provided. As a result, the voltage (energy supplied from the outside) applied to concentrate the divalent ion M in the concentrating unit 2 can be reduced, and the energy related to the immobilization of carbon dioxide can be further reduced.
また、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｃにおいては、第１の実施態様と同様の工程により二酸化炭素の固定化を行うことが可能である。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1C of the present embodiment, carbon dioxide can be fixed by the same steps as in the first embodiment.
〔第４の実施態様〕
第４の実施態様に係る二酸化炭素固定化システム１Ｄは、濃縮部２（濃縮室）と反応部４が一体化したものにおいて、濃縮工程と反応工程を分離するものである。具体的には、第２の実施態様又は第３の実施態様における第２室２１ｂ内に、隔壁２４ａ、２４ｂを設けるものである。また、隔壁２４ａ、２４ｂは可動式であり、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの近傍に設けるものである。さらに、第２室２３ｂに対し、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を導入するライン上に、二酸化炭素の供給量を制御する供給量制御部２５を設けるものである。
[Fourth Embodiment]
The carbon dioxide fixation system 1D according to the fourth embodiment separates the concentration step and the reaction step in a system in which the concentration unit 2 (concentration chamber) and the reaction unit 4 are integrated. Specifically, the partition walls 24a and 24b are provided in the second chamber 21b in the second embodiment or the third embodiment. Further, the partition walls 24a and 24b are movable and are provided in the vicinity of the cation exchange membranes 22a and 22b. Further, a supply amount control unit 25 for controlling the supply amount of carbon dioxide is provided on the line for introducing carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) into the second chamber 23b.
図６は、本発明の第４の実施態様における二酸化炭素固定化システムを示す概略説明図である。図６に示すように、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｄは、第２の実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｂにおける第２室２１ｂ内に、可動式の隔壁２４ａ、２４ｂが設けられており、陽イオン交換膜２２ａの近傍に隔壁２４ａを設け、陽イオン交換膜２２ｂの近傍に隔壁２４ｂを設けるものである。また、第２室２３ｂに対し、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を導入するラインＬ３上に、二酸化炭素の供給量を制御する供給量制御部２５が設けられている。
なお、図６では、第２の実施態様において図４に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂに基づく構成を変更したものを示しているが、これに限定されるものではなく、第２の実施態様において図３に示した二酸化炭素固定化システム１Ｂに基づく構成や、第３の実施態様に示した二酸化炭素固定化システム１Ｃに基づく構成を変更するものとしてもよい。また、図６中において、第２の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a carbon dioxide fixation system according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the carbon dioxide fixation system 1D of the present embodiment, movable partition walls 24a and 24b are provided in the second chamber 21b of the carbon dioxide fixation system 1B of the second embodiment. The partition wall 24a is provided in the vicinity of the cation exchange membrane 22a, and the partition wall 24b is provided in the vicinity of the cation exchange membrane 22b. Further, in the second chamber 23b, a supply amount control unit 25 for controlling the supply amount of carbon dioxide is provided on the line L3 for introducing carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas).
Note that FIG. 6 shows a modified configuration based on the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 4 in the second embodiment, but the present invention is not limited to this, and the second embodiment is not limited to this. The configuration based on the carbon dioxide fixation system 1B shown in FIG. 3 and the configuration based on the carbon dioxide fixation system 1C shown in the third embodiment may be changed. Further, in FIG. 6, description of the same configuration as that of the second embodiment will be omitted.
本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｄは、二価イオンＭの濃縮時には、隔壁２４ａ、２４ｂを処理槽２０外へ引き上げ、二酸化炭素の供給量制御部２５により二酸化炭素の供給を停止した状態で、電極２１ａ、２１ｂ間に電流を流して二価イオンＭの濃縮を行うものである。一方、二価イオンＭと炭酸イオンの反応時には、隔壁２４ａ、２４ｂを処理槽２０内へ挿入した後に、二酸化炭素の供給量制御部２５により二酸化炭素の供給を開始することで、炭酸塩の生成反応を進行させるものである。
このように、濃縮部２と反応部４の構造を一体化した中で、二価イオンＭの濃縮工程と炭酸塩を生成する反応工程を分離して行うことにより、反応工程により生成した反応生成物が陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂに付着することを抑制することが可能となる。これにより、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂの劣化を抑制し、濃縮効率及び反応効率の低下を抑制することが可能となる。また、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂのメンテナンス作業も容易となる。
In the carbon dioxide fixation system 1D of the present embodiment, when the divalent ion M is concentrated, the partition walls 24a and 24b are pulled out of the treatment tank 20, and the carbon dioxide supply is stopped by the carbon dioxide supply amount control unit 25. , A current is passed between the electrodes 21a and 21b to concentrate the divalent ion M. On the other hand, at the time of the reaction between the divalent ion M and the carbonate ion, the partition walls 24a and 24b are inserted into the treatment tank 20, and then the carbon dioxide supply amount control unit 25 starts the supply of carbon dioxide to generate carbonate. It promotes the reaction.
In this way, while the structures of the concentration unit 2 and the reaction unit 4 are integrated, the reaction generation generated by the reaction step is performed by separately performing the concentration step of the divalent ion M and the reaction step of producing a carbonate. It is possible to prevent an object from adhering to the cation exchange membranes 22a and 22b. As a result, deterioration of the cation exchange membranes 22a and 22b can be suppressed, and deterioration of concentration efficiency and reaction efficiency can be suppressed. In addition, the maintenance work of the cation exchange membranes 22a and 22b becomes easy.
隔壁２４ａ、２４ｂは、第２室２１ｂ内の溶液中の成分（特に反応生成物）が陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂに移動することを制限することができ、かつ処理槽２０に対して出し入れが可能な方向に可動するものであれば特に限定されない。
隔壁２４ａ、２４ｂとしては、例えば、金属やプラスチック等からなる平板やシートのほか、第２室２１ｂ側からの物質移動を抑制することができる膜などが挙げられる。
また、隔壁２４ａ、２４ｂの可動手段は特に限定されない。例えば、隔壁２４ａ、２４ｂを処理槽２０に対して上下（垂直）方向または左右（水平）方向に移動させる機構を設けることのほか、隔壁２４ａ、２４ｂを巻き取り可能な機構を設けることなどが挙げられる。
The partition walls 24a and 24b can restrict the movement of components (particularly reaction products) in the solution in the second chamber 21b to the cation exchange membranes 22a and 22b, and can be moved in and out of the treatment tank 20. It is not particularly limited as long as it can move in a possible direction.
Examples of the partition walls 24a and 24b include flat plates and sheets made of metal, plastic, and the like, as well as a film capable of suppressing mass transfer from the second chamber 21b side.
Further, the movable means of the partition walls 24a and 24b is not particularly limited. For example, in addition to providing a mechanism for moving the partition walls 24a and 24b in the vertical (vertical) direction or the horizontal (horizontal) direction with respect to the processing tank 20, a mechanism capable of winding the partition walls 24a and 24b is provided. Be done.
供給量制御部２５は、第２室２３ｂに対し、二酸化炭素（二酸化炭素含有ガス）を導入するラインＬ３上に設けられ、二酸化炭素の供給量を制御することができるものであればよく、特に限定されない。供給量制御部２５としては、例えば、自動あるいは手動による制御装置を備えた流量調節弁やバルブなどが挙げられる。
供給量制御部２５により、処理槽２０（第２室２１ｂ）内に導入する二酸化炭素の供給量を調節することにより、二価イオンＭの濃縮工程と炭酸塩を生成する反応工程を効率的に分離することが可能となる。
The supply amount control unit 25 may be provided on the line L3 for introducing carbon dioxide (carbon dioxide-containing gas) into the second chamber 23b, and may be capable of controlling the supply amount of carbon dioxide, in particular. Not limited. Examples of the supply amount control unit 25 include a flow rate control valve and a valve provided with an automatic or manual control device.
By adjusting the supply amount of carbon dioxide introduced into the treatment tank 20 (second chamber 21b) by the supply amount control unit 25, the concentration step of divalent ion M and the reaction step of producing carbonate can be efficiently performed. It becomes possible to separate.
供給量制御部２５は、電極２１ａ、２１ｂに印加する直流電源装置及び隔壁２４ａ、２４ｂの可動手段と制御可能に接続されていることが好ましい。これにより、二価イオンＭの濃縮工程と炭酸塩を生成する反応工程の分離を自動化することが容易となり、二酸化炭素の固定化をより効率的に行うことが可能となる。 It is preferable that the supply amount control unit 25 is controllably connected to the DC power supply device applied to the electrodes 21a and 21b and the movable means of the partition walls 24a and 24b. As a result, it becomes easy to automate the separation of the divalent ion M concentration step and the reaction step of producing carbonate, and it becomes possible to fix carbon dioxide more efficiently.
また、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｄにおいて、炭酸塩を生成する反応工程後、ラインＬ５により第２室２１ｂ内の溶液を全て排出し、ラインＬ１等により新たな溶液を導入してから次の濃縮工程に進むものとしてもよい。これにより、反応工程で生成する反応生成物が陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂに付着することを大幅に抑制することが可能となる。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1D of the present embodiment, after the reaction step of producing carbonate, all the solution in the second chamber 21b is discharged by the line L5, and a new solution is introduced by the line L1 or the like. It may proceed to the next concentration step. This makes it possible to significantly prevent the reaction products produced in the reaction step from adhering to the cation exchange membranes 22a and 22b.
以上のように、本実施態様における二酸化炭素固定化システム１Ｄは、濃縮部２と反応部４の機能を一体化させたものにおいて、二価イオンＭの濃縮工程と炭酸塩を生成する反応工程を分離し、陽イオン交換膜２２ａ、２２ｂへの反応生成物の付着を抑制することができる。これにより、濃縮効率や反応効率の低下を抑制するとともに、システムのメンテナンス作業を容易とすることができるため、二酸化炭素の固定化における低コスト化・低エネルギー化を行うことが可能となる。 As described above, in the carbon dioxide fixation system 1D of the present embodiment, the functions of the concentrating unit 2 and the reaction unit 4 are integrated, and the divalent ion M concentration step and the carbonate production reaction step are performed. It can be separated and the adhesion of the reaction product to the cation exchange membranes 22a and 22b can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in concentration efficiency and reaction efficiency, and facilitate system maintenance work, so that it is possible to reduce costs and energy in carbon dioxide fixation.
また、本実施態様の二酸化炭素固定化システム１Ｄにおいては、第１〜第３の実施態様と同様の各工程に基づき、二酸化炭素の固定化を行うことが可能である。 Further, in the carbon dioxide fixation system 1D of the present embodiment, it is possible to fix carbon dioxide based on the same steps as those of the first to third embodiments.
なお、上述した実施態様は、二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法の一例を示すものである。本発明に係る二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法を変形してもよい。 The above-described embodiment shows an example of a carbon dioxide fixation system and a carbon dioxide fixation method. The carbon dioxide fixation system and the carbon dioxide fixation method according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and the carbon dioxide fixation according to the above-described embodiment is not changed within the scope of the gist described in the claims. The system and carbon dioxide fixation method may be modified.
例えば、本実施態様における濃縮部において、陽イオン交換膜を設ける個数は２つに限定されるものではない。例えば、一価イオン選択透過処理を行った陽イオン交換膜のみを設けるものとしてもよい。これにより、濃縮部の構造をより簡易化することが可能となる。また、陽イオン交換膜の個数を増やし、二価イオンの濃縮室を増やすことで、二価イオンの濃縮効率向上や濃縮処理の大規模化を図るものとしてもよい。 For example, the number of cation exchange membranes provided in the enrichment section in this embodiment is not limited to two. For example, only the cation exchange membrane that has undergone the monovalent ion selective permeation treatment may be provided. This makes it possible to further simplify the structure of the concentrating portion. Further, by increasing the number of cation exchange membranes and increasing the concentration chambers for divalent ions, the concentration efficiency of divalent ions may be improved and the scale of the concentration treatment may be increased.
また、本実施態様における濃縮部は、陽イオン交換膜に加えて、陰イオン交換膜を設け、脱塩処理を行う電気透析（ＥＤ：Electrodialysis）の構成とするものとしてもよい。これにより、本実施態様における二酸化炭素固定化システムに対し、二酸化炭素の固定化以外の処理能力を付加することが可能となる。特に、二価イオン源として海水を用いる場合、二酸化炭素の固定化に加え、脱塩水を得ることも可能となる。さらに、得られた脱塩水を、炭酸イオン生成部における液体として活用することができ、二酸化炭素固定化システムの運転にかかるコストを更に低減させることが可能となる。
また、本実施態様における二酸化炭素固定化システムの構成の一部として、脱塩処理に用いられている既設の電気透析装置を活用するものとしてもよい。これにより、設備投資に係るコストを大幅に削減することが可能となる。
Further, the concentrating part in the present embodiment may be configured for electrodialysis (ED: Electrodialysis) in which an anion exchange membrane is provided in addition to the cation exchange membrane and desalination treatment is performed. This makes it possible to add a processing capacity other than carbon dioxide fixation to the carbon dioxide fixation system according to the present embodiment. In particular, when seawater is used as a divalent ion source, it is possible to obtain desalinated water in addition to immobilizing carbon dioxide. Further, the obtained desalted water can be utilized as a liquid in the carbonate ion generation unit, and the cost for operating the carbon dioxide fixation system can be further reduced.
Further, as a part of the configuration of the carbon dioxide fixation system in the present embodiment, the existing electrodialysis apparatus used for the desalting treatment may be utilized. This makes it possible to significantly reduce the cost of capital investment.
また、本実施態様における濃縮部において、陽イオン交換膜に代えて、陽イオン交換樹脂を充填した層を用いるものとしてもよい。これにより、二価イオン源Ｍ０に含まれる成分等に応じ、イオンが透過する層の厚さを制御することが容易となる。また、電極や陽イオン交換膜により形成される空間（第１室〜第３室）のいずれか一つあるいは二つ以上にイオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂、あるいは両方）を充填するものとしてもよい。陽イオン交換膜とイオン交換樹脂を組み合わせることで、イオンの移動速度を高め、濃縮効率を向上させることが可能となる。また、電気式脱イオン（ＥＤＩ：Electrodeionization）として知られる技術と同様に、イオン交換膜及びイオン交換樹脂の再生処理を容易（あるいは不要）とすることが可能となる。 Further, in the concentrating part in the present embodiment, a layer filled with a cation exchange resin may be used instead of the cation exchange membrane. This makes it easy to control the thickness of the layer through which the ions permeate according to the components and the like contained in the divalent ion source M 0. In addition, an ion exchange resin (cation exchange resin, anion exchange resin, or both) is placed in any one or more of the spaces (chambers 1 to 3) formed by the electrodes and the cation exchange membrane. It may be filled. By combining the cation exchange membrane and the ion exchange resin, it is possible to increase the ion transfer rate and improve the concentration efficiency. Further, as in the technique known as electrodeionization (EDI), it becomes possible to facilitate (or do not require) the regeneration treatment of the ion exchange membrane and the ion exchange resin.
本発明の二酸化炭素固定化システム及び二酸化炭素固定化方法は、二酸化炭素を炭酸塩化する炭酸塩固定法として好適に用いることができる。特に、高濃度の二酸化炭素の固定化だけではなく、大気のような比較的低濃度の二酸化炭素の固定化においても好適に利用されるものである。 The carbon dioxide fixation system and the carbon dioxide fixation method of the present invention can be suitably used as a carbonate fixation method for carbonating carbon dioxide. In particular, it is suitably used not only for immobilization of high-concentration carbon dioxide but also for immobilization of relatively low-concentration carbon dioxide such as the atmosphere.
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 二酸化炭素固定化システム、２ 濃縮部、２０ 処理槽、２１ａ〜２１ｄ 電極、２２ａ，２２ｂ 陽イオン交換膜、２３ａ 第１室、２３ｂ 第２室（濃縮室）、２３ｃ 第３室、２４ａ，２４ｂ 隔壁、２５ 供給量制御部、３ 炭酸イオン生成部、３０ 溶解槽、３１ 液体、４ 反応部、４０ 反応槽、Ｌ１〜Ｌ５ ライン、Ｍ０ 二価イオン源、Ｍ 二価イオン 1A, 1B, 1C, 1D carbon dioxide fixation system, 2 concentrator, 20 treatment tank, 21a to 21d electrodes, 22a, 22b cation exchange membrane, 23a 1st chamber, 23b 2nd chamber (concentration chamber), 23c first 3 chambers, 24a, 24b partition, 25 supply amount control unit, 3 carbonate ion generator, 30 dissolution tank, 31 liquid, 4 reaction unit, 40 reaction tank, L1 to L5 line, M 0 divalent ion source, M divalent ion
Claims (5)
二酸化炭素から炭酸イオンを生成する炭酸イオン生成部と、
前記濃縮部で濃縮された二価イオンと前記炭酸イオン生成部で生成された炭酸イオンとを接触させ、炭酸塩を生成する反応部と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素固定化システム。 A concentrator that concentrates divalent ions,
A carbonate ion generator that generates carbonate ions from carbon dioxide,
A carbon dioxide immobilization system comprising a reaction section for producing a carbonate by contacting a divalent ion concentrated in the concentration section with a carbonate ion generated in the carbonate ion generation section.
二酸化炭素から炭酸イオンを生成する炭酸イオン生成工程と、
前記濃縮工程で濃縮された二価イオンと前記炭酸イオン生成工程で生成された炭酸イオンとを接触させ、炭酸塩を生成する反応工程と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素固定化方法。
Concentration process to concentrate divalent ions and
A carbonate ion generation process that generates carbonate ions from carbon dioxide,
A carbon dioxide immobilization method comprising a reaction step of bringing a divalent ion concentrated in the concentration step into contact with a carbonate ion generated in the carbonate ion generation step to generate a carbonate.
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