気体捕集方法
【課題】新規な気体捕集技術を提供するとともに、より長時間にわたる連続的な気体捕集に貢献する技術を提供すること目的とする。
【解決手段】水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液Ｗと、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油Ｏと、気体Ｇとを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油Ｏとの直接接触を通じて前記水溶液Ｗ中に生成する前記水和物により前記気体Ｇを捕集することを特徴とする気体捕集方法。
【解決手段】水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液Ｗと、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油Ｏと、気体Ｇとを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油Ｏとの直接接触を通じて前記水溶液Ｗ中に生成する前記水和物により前記気体Ｇを捕集することを特徴とする気体捕集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和物により気体を捕集する技術に関し、詳しくは、水和物を生成する薬剤の水溶液（以下「原料水溶液」という）と、原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油との直接接触を通じて原料水溶液中に生成する水和物により気体を捕集する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料水溶液を冷媒により熱交換器を介して冷却し、原料水溶液中に水和物を生成させ、その水和物により気体を捕集する技術が知られている（特許文献１、２）。一方、原料水溶液を原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と直接接触させて冷却し、原料液体中に水和物を生成させる技術が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３８２６１７６号公報
【特許文献２】特開２００９−１３１７２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３０２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、原料水溶液を冷媒により熱交換器を介して冷却し、原料水溶液中に水和物を生成させる場合、原料水溶液の過冷却により水和物の生成が予期せぬ場所で起こり閉塞を起こしたり、熱交換器の熱交換面に付着して熱交換効率を低下させるなどの弊害が生じる。このような弊害は、より長時間にわたる連続的な気体捕集を目指す際の妨げの一つになる。
本発明は、上記の背景や問題に鑑みてなされたものであり、新規な気体捕集技術を提供するとともに、より長時間にわたる連続的な気体捕集に貢献する技術を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための、本発明の第１の形態に係る気体捕集方法は、水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油との直接接触を通じて前記水溶液中に生成する前記水和物により前記気体を捕集することを特徴とするものである。
【０００６】
第２の形態に係る気体捕集方法は、第１の形態に係る気体捕集方法であって、前記混合工程が、前記水溶液から前記水和物が生成する温度よりも低い温度に設定された前記熱媒油及び前記気体と前記水溶液とを混在させる工程であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、原料水溶液を原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と直接接触させて冷却し、原料液体中に水和物を生成させ、その水和物により気体を捕集する技術を提供することができる。
【０００８】
熱媒油は、それが存在しない場合よりも、原料水溶液中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減する。水和物と周囲の壁面との間に熱媒油が介入して付着を阻止し、剥離が促されることが原因であると考えられる。それ故、本発明の第１の形態によれば、より長時間にわたる連続的な気体捕集に貢献する技術を実現することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の形態によれば、熱媒油及び気体が、いずれも、予め、原料水溶液から前記水和物が生成する温度（以下「水和物生成温度」という）よりも低い温度に設定されるので、熱媒油と気体の両方と原料水溶液と間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現できると同時に、その水和物による気体捕集も実現でき、効率的である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法の例を示す模式図。
【図２】実施例で用いるミキサーの一例を示す概略図。
【図３】実施例１〜４の気体捕集方法を示す概略図。
【図４】実施例５〜８の気体捕集方法を示す概略図。
【図５】Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に送る過程に一個又は複数個の熱交換器を配置する構成の要部の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、
（１） 原料水溶液中の物質の典型例は、アルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩など（以下、まとめて「水和物生成薬剤」という場合がある）を溶質とする水溶液又はそれらの水和物生成薬剤のうち複数を溶質とする水溶液である。この水溶液を冷却すると、溶質である水和物生成薬剤をゲスト分子とし水分子をホストとする包接水和物が生成する。この包接水和物は生成時に潜熱を蓄熱する。従って、当該包接水和物は蓄熱性物質に該当し、温度変化により当該包接水和物を生成する当該水溶液は原料液体に該当する。
【００１３】
原料水溶液から生成した包接水和物が当該原料液体に分散又は懸濁すると、当該原料液体はスラリー状を呈する。この状態の原料液体が蓄熱性物質のスラリーに該当する。
【００１４】
水和物生成薬剤である第四級アンモニウム塩であって、入手し易いものの典型例は、臭化テトラ-ｎ-ブチルアンモニウムである。
【００１５】
（２） 熱媒油は、原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒体である（換言すれば、そのような性質を有する熱媒体が、本発明における熱媒油として選択される）。そのような熱媒体としては、石油精製品であって、パラフィン油、ガソリン、ナフサ、灯油、ジェット燃料油、軽油、潤滑油ベースオイル、重油などが含まれるもの、シリコン系オイルであって、ジメチルポリシロキサンを構成物質とするシリコーンオイルが含まれるもの、フッ素系液体であって、炭化水素のフッ素化物、例えば、炭化水素の全ての水素をフッ素に置換した化合物であり、炭素数５〜２０（特に６〜１２）の化合物が主成分であるものが含まれるもの等が挙げられる。
【００１６】
（３） 気体は、水和物により捕集されるものであれば、特に制限はなく、水和物生成薬剤の種類にもよるが、水素、硫化水素、二酸化炭素、メタン等が典型例である。
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
１．反応系内への物質の導入
原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法は、特に限定されるものではないが、その例を図１を参照して説明する。図１は、原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法の例を示す模式図である。Ｘ，Ｙ及びＺは、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれかを示している。
【００１９】
図１の（ａ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏをそれぞれ別々に一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示している。Ｘ，Ｙ及びＺは、それぞれ別々に、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。気体Ｇを捕集した水和物又はその水和物が原料水溶液Ｗ中に分散又は懸濁してなるスラリーＳ（以下、水和物等Ｓと称す）は、Ｘ，Ｙ及びＺが導入される経路とは異なる経路（例えば反応槽Ｂの上方）から送出される。また、未反応のＸ，Ｙ及びＺは、反応槽Ｂからそれぞれ別々に送出される。例えば、Ｘ,Ｙが反応槽Ｂの中段からそれぞれ送出され、Ｚが反応槽Ｂの上方から送出される。
【００２０】
図１の（ｂ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合して、一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示している。Ｍ（ＸＹＺ）は、ＸとＹとＺとの混合物を意味する。Ｍ（ＸＹＺ）は、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。水和物等Ｓ及び未反応のＸ，Ｙ及びＺの送出は、図１（ａ）と同様にして行われる。
【００２１】
図１の（ｃ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか二つを予め混合して、残る一つと別々に、一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示す。Ｍ（ＸＹ）は、ＸとＹとの混合物を意味する。Ｍ（ＸＹ）及びＺは、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。水和物等Ｓ及び未反応のＸ，Ｙ及びＺの送出は、図１（ａ）と同様にして行われる。
【００２２】
図１の（ｄ）及び図１の（ｅ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか一つを予め所蔵している反応槽Ｂ内に、残る二つを導入する例を示している。図１の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂ内には、Ｚが予め収容されている。この反応槽Ｂに、Ｍ（ＸＹ）を例えば一方向（下方）から導入する。水和物等Ｓは、図１（ａ）と同様にして反応槽Ｂから送出される。また、未反応のＸ及びＹは、反応槽Ｂから別々に送出される。例えば、Ｘが反応槽Ｂの上方から送出され、Ｙが反応槽Ｂの中段から送出される。図１の（ｅ）は、Ｘ及びＹの混合物を反応槽Ｂに導入する代わりに、Ｘ及びＹを別々に反応槽Ｂに導入する例である。水和物等Ｓ並びに未反応のＸ及びＹの送出は、図１（ｄ）と同様にして行われる。
【００２３】
２．ミキサー
気体Ｇ，原料水溶液Ｗ及び熱媒油Ｏの混合は、例えば、ミキサーを用いて行うことができる。図２は、実施例で用いるミキサーの一例を示す概略図である。
【００２４】
（１）「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合」するためのミキサーの典型例は、図２（ａ）に示すものである。Ｘ，Ｙ及びＺは、それぞれ別の管路を通してミキサー内に導入された後、混合される。上流側から順番に熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂが配置される。混合後又は混合途中で、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂにより冷却し、原料水溶液Ｗ中に水和物を生成させ、その水和物により気体Ｇを捕集させる。熱媒油Ｏは、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減する。熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却は、一定温度で行っても、段階的に行っても良い（例えば、熱交換器Ｈｘａで比較的高温で冷却し、熱交換器Ｈｘｂで比較的低温で冷却するようにしてもよい）。
【００２５】
Ｘを熱媒油Ｏ、Ｙを気体Ｇ、Ｚを原料水溶液Ｗとするのが好適である。管内の最も外側に熱媒油Ｏを配置すれば、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却を原料水溶液Ｗに伝達する役割を果たすと同時に、生成した水和物の壁面への付着を抑制できるからである。
【００２６】
原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの間に気体Ｇが配置されて短時間で混合するので、気体Ｇの捕集率が高まる。気体Ｇを投入する際には、できるだけ微細にする（微細気泡状）にするのが望ましい。
【００２７】
（２）「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか二つを予め混合」するためのミキサーの典型例は、図２（ｂ）に示すものである。Ｘ及びＹは、それぞれ別の管路を通してミキサー内に導入された後、混合される。上流側から順番に熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂが配置される。
【００２８】
「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合」するためのミキサーの場合と同様に、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却は、一定温度で行っても、段階的に行っても良い。Ｘ、Ｙが熱媒油Ｏ、原料水溶液Ｗの場合、Ｘを熱媒油Ｏとするのが好適である。なぜなら、管内の最も外側に熱媒油Ｏを配置すれば、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却を原料水溶液Ｗに伝達する役割を果たすと同時に、生成した水和物の壁面への付着を抑制できるからである。
【００２９】
３．温度の設定について
以下、Ｔｍを原料水溶液Ｗから水和物が生成する温度とし、Ｔ（Ｇ）、Ｔ（Ｏ）、Ｔ（Ｗ）をそれぞれ、気体Ｇ，熱媒油Ｏ，原料水溶液Ｗの温度とする。
【００３０】
（１）原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとが混合する際には、少なくとも混合後において、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍとなるようにする。この場合、例えば、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍ、Ｔ（Ｏ）＞Ｔｍである原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとを混合後に、Ｔ（Ｗ）≦Ｔｍ、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍになるように冷却してもよい。あるいは、熱媒油Ｏを予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍとしたうえで、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗに混合し、原料水溶液ＷをＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却してもよい。
【００３１】
（２）原料水溶液Ｗを気体Ｇの存在下で冷却する場合や、原料水溶液Ｗを冷却するために熱媒油Ｏを気体Ｇの存在下で冷却する場合（例．原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとが混合する前に気体Ｇと熱媒油Ｏとが混合する場合）には、予め気体ＧをＴ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却しておくのが効果的である。
【００３２】
４．気体Ｇの微細気泡（マイクロバブル）化と循環供給について
（１）気体Ｇは、微細気泡状態にしたうえで、反応装置内に気体Ｇ単独で又は他の物質（原料水溶液Ｗ及び／又は熱媒油Ｏ）と予め混合したうえで導入するのが好ましい。微細気泡化すれば、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物と遭遇する確率（従って当該水和物に捕集される確率）が増えるからである。また、気体Ｇはそれほど熱伝導率が高くないので、（大気泡径であると）原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触による熱交換を阻害する場合があるところ、微細気泡化すれば、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触による熱交換への悪影響を低減することができる。
【００３３】
（２）気体Ｇは、微細気泡化されていると否とに拘らず、そのすべてが、反応装置内において、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物に捕集されるとは限らない（通常は、未捕集気体Ｇが少なからず残る）。それ故、未反応の気体Ｇについては、これを反応槽Ｂから回収して、循環的に当該反応槽Ｂに供給するように構成する。これにより、水和物による気体Ｇの捕集率を高めることができる。
【００３４】
５．熱交換器の熱交換面と攪拌効果について
反応槽Ｂ内又は反応槽Ｂ外において、原料水溶液Ｗ及び／又は熱媒油Ｏを冷却する熱交換器が存在する場合、その伝熱面における濡れがなくならない程度に（従って、例えば微細気泡状態にして）気体Ｇにより伝熱面界面を攪拌する。これにより、伝熱面への水和物の付着を抑制することができ、伝熱面からの伝熱効率を高めることができる。
【００３５】
６．周囲の壁面への水和物の付着防止について
（１）熱媒油Ｏは、それが存在しない場合よりも、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物が周囲の壁面に付着することを抑制又は低減することができる。水和物と周囲の壁面との間に熱媒油Ｏが介在すると、水和物の付着が阻害され、剥離が促されることが原因と考えられる。
【００３６】
（２）気体Ｇは、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触熱交換により原料水溶液Ｗ中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減することができる。水和物と周囲の壁面との間に気体Ｇが介入して付着を阻止し、及び／又は、壁面に付着している水和物が気体Ｇから圧力（壁面と水和物との境界に剪断力を生じさせる力）を受け、剥離を促されることが原因と考えられる。
【００３７】
（３）それ故、熱媒油Ｏとともに気体Ｇが水和物と周囲の壁面との間に介在すると、水和物の付着がより効果的に阻害され、剥離が促される。
【００３８】
７．その他
（ａ）反応槽Ｂは、密閉型であっても開放型であってもよい。
【００３９】
（ｂ）反応槽Ｂにおける水和物又はそのスラリーＳの生成は、連続式であっても、バッチ式であってもよい。連続式の場合には、反応槽Ｂ内への物質の送入や反応槽Ｂ内からの物質の送出は、連続的又は断続的である必要がある、ことはいうまでもない。
【００４０】
（ｃ）反応槽Ｂの中へのＸ，Ｙ，Ｚ（及びそれらの少なくとも二つの混合物Ｍ）の送入は、下方から上方の反応槽Ｂの中への送入に限定されない。上方から又は中段から反応槽Ｂの中への送入であってもよい。ただし、気体Ｇの送入については、下方から上方の反応槽Ｂの中への送入の方が好ましい。気体Ｇは反応槽Ｂ内で下から上に向かって移動するケースが多いからである。
【００４１】
（ｄ）反応槽Ｂの中からＸ，Ｙ，Ｚ，Ｓの送出は、反応槽Ｂの中から上方への送出に限定されない。反応槽Ｂの中から中段又は下方への送出であってもよい。ただし、気体Ｇは反応槽Ｂの中から上方への送出の方が好ましい。気体Ｇは反応槽Ｂから上に向かって移動するケースが多いからである。
【００４２】
（ｅ）反応槽Ｂ内への物質の送入や反応槽Ｂ内からの物質の送出の動力については、特に制限はなく、ポンプ動力、重力（溢れ出しのような場合）等であってよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限られるものではない。
【００４４】
（実施例１）
図３の（ａ）に示すように、気体Ｇを放出するための放出ノズルＮｇは、反応槽Ｂの下段に配置され、散気装置として機能する。気体Ｇは、放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは、反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの下段から導入される。一方、原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００４５】
Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入すると、気体Ｇが熱媒油Ｏと接するため、熱媒油Ｏが気体ＧによりＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却される。気体Ｇと熱媒油Ｏとの混合物が、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗと直接接するため、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍとなるまで冷却され、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇの両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００４６】
（実施例２）
図３の（ｂ）に示すように、反応槽Ｂの上段から熱媒油Ｏを導入し、かつ反応槽Ｂの下段から原料水溶液Ｗを導入する。気体Ｇの導入位置、水和物等Ｓの送出位置、未反応の気体Ｇの送出は、実施例１と同様にして行われる。
【００４７】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂの上段から導入し、また、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入する。そこにＴ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを反応槽Ｂの下段から導入すると、Ｔｍ以下の温度を持つ熱媒油Ｏ及び気体Ｇと、原料水溶液Ｗとの間で熱交換を生じ、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。その結果、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇ原料の両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００４８】
（実施例３）
図３の（ｃ）に示すように、反応槽Ｂの下段には原料水溶液Ｗが収容されている。気体Ｇは、反応槽Ｂの下段に位置する散気装置としての気体Ｇの放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から導入される。未反応の熱媒油Ｏは反応槽Ｂの上段から回収される。すなわち、熱媒油Ｏは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から上方に移動する。
【００４９】
予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂに導入する。反応槽Ｂ内の原料水溶液Ｗは、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの温度を持つものの、熱媒油Ｏと直接接触することにより、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。これにより、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成する。気体Ｇは反応槽Ｂ内を下方から上方に拡散しているため、生成した水和物が反応槽Ｂ内の気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏとの直接接触で冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。なお、気体Ｇの温度は、特に限定されるものではないが、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍであると、熱媒油Ｏによる原料水溶液Ｗの冷却をより効率的に行うことができる。
【００５０】
（実施例４）
図３の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂの下段には熱媒油Ｏが収容されている。気体Ｇは、反応槽Ｂの下段に位置する散気装置としての気体Ｇの放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。原料水溶液Ｗは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から導入される。未反応の原料水溶液Ｗは反応槽Ｂの上段から回収される。すなわち、原料水溶液Ｗは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から上方に移動する。反応槽Ｂの下段には、下方から順番に冷却器Ｈｘ１、Ｈｘ２が配置されている。
【００５１】
反応槽Ｂの下段に収容されている熱媒油Ｏは、冷却器Ｈｘ１、Ｈｘ２により、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍになるように冷却されている。Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを反応槽Ｂに導入することにより、原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させる。これにより、原料水溶液ＷをＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却し、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成する。気体Ｇは反応槽Ｂ内を下方から上方に拡散しているため、生成した水和物が反応槽Ｂ内の気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させて冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００５２】
（実施例５）
図４の（ａ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、気体Ｇと熱媒油Ｏを放出するための放出ノズルＮｇｏが設けられている。熱媒油Ｏ及び気体Ｇは、放出ノズルＮｇｏを通して反応槽Ｂ内に導入される。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００５３】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏ及びＴ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇｏを通して反応槽Ｂ内に導入する。これらが、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗと直接接触すると、熱媒油Ｏ及び気体Ｇと原料水溶液Ｗとの間で熱交換を生じ、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。その結果、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇの両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００５４】
（実施例６）
図４の（ｂ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、原料水溶液Ｗと気体Ｇを放出するための放出ノズルＮｇｗが設けられている。原料水溶液Ｗは、気体Ｇと共に放出ノズルＮｇｗを通して反応槽Ｂ内に導入される。気体Ｇは、反応槽Ｂの下方から上方に拡散し、未反応の気体Ｇが反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００５５】
Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗ及びＴ（Ｇ）＞Ｔｍの気体Ｇを放出ノズルＮｇｗを通して反応槽Ｂ内に導入する。また、予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂ内に導入する。その結果、原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触することでＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却され、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００５６】
（実施例７）
図４の（ｃ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、散気装置として気体Ｇを放出する放出ノズルＮｇが設けられている。気体Ｇは、放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、上方に向かって拡散し、未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの下段に上方から導入され、未反応の熱媒油Ｏが反応槽Ｂの下段の下方から回収される。原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段の下方、すなわち熱媒油Ｏとの境界位置から導入され、未反応の原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの上段の上方から回収される。
【００５７】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを、反応槽Ｂの下段上方から導入する。また、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを、反応槽Ｂに熱媒油Ｏとの境界から導入する。原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触することにより冷却され、原料水溶液Ｗの温度がＴ（Ｗ）≦Ｔｍに達すると、水和物が生成する。気体Ｇが反応槽Ｂの下方から上方に拡散しているため、生成した水和物により気体Ｇを捕集することができる。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。なお、水和物等Ｓの生成後は、水和物等Ｓと熱媒油Ｏとの境界位置から原料水溶液Ｗを反応槽Ｂ内に導入すると、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触がしやすくなる。気体Ｇの温度は、特に限定されるものではないが、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍであると、熱媒油Ｏによる原料水溶液Ｗの冷却をより効率的に行うことができる。
【００５８】
（実施例８）
図４の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、散気装置として反応槽Ｂ内に気体Ｇを放出する放出ノズルＮｇ、散水装置として反応槽Ｂ内に原料水溶液Ｗを放出する放出ノズルＮｗが設けられている。反応槽Ｂの上段には、散油装置として反応槽Ｂ内に熱媒油Ｏを放出する放出ノズルＮｏが設けられている。
【００５９】
放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入された気体Ｇは、反応槽Ｂの下方から上方に拡散し、未反応の気体Ｇが反応槽Ｂの上方から回収される。また、放出ノズルＮｗから反応槽Ｂ内に導入された原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの下段から上段に移動し、未反応の原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの上段から回収される。さらに、放出ノズルＮｏから反応槽Ｂ内に導入された熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの上段から下段に移動し、未反応の熱媒油Ｏが反応槽Ｂの下方から回収される。
【００６０】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを、反応槽Ｂの上段の放出ノズルＮｏから導入する。また、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを、反応槽Ｂの下段の放出ノズルＮｗから導入する。熱媒油Ｏが反応槽Ｂの上段から下段に移動し、かつ原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの下段から上段に移動するため、原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触し、これにより冷却される。原料水溶液Ｗの温度がＴ（Ｗ）≦Ｔｍに達すると、水和物が生成する。気体Ｇが反応槽Ｂの下方から上方に拡散しているため、生成した水和物により気体Ｇを捕集することができる。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００６１】
なお、図１においては、上述のとおり、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｓなどについて反応槽Ｂ内の位置に上下の区別はないが、実施例においては、上下の区別がある。熱媒油Ｏと原料水溶液Ｗとの比重差によってこれらの液体の上下位置の関係が変わり得るし、気体Ｇは常に下から上に上昇する。
【００６２】
また、混合物Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に収容するための経路に、一個又は複数個の熱交換器を配置することができる。その例を図５に示す。図５は、管路内を、Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）が流通する過程で、一個又は複数個の熱交換器Ｈｅｘにより、熱交換（冷却）され、その結果物を反応槽Ｂ又はその他の容器内に収容するという構成の要部の説明図である。図５に示すように、Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に送る管路Ｐに、一個又は複数個の熱交換器Ｈｅｘを配置することにより、Ｍ（ＸＹＺ）やＭ（ＸＹ）を所望の温度まで冷却することが可能となる。
【００６３】
「その他の容器」内に収容する場合とは、管路Ｐ内で気体捕集の反応が（概ね）完了する場合である。その場合にはもはや反応槽Ｂは不要であり、単に、一時的又は長期間貯蔵する目的で容器に収容すればよい。
【００６４】
「複数個の熱交換器Ｈｅｘ」の場合、例えば、管路を複数個の区画に分け、それぞれに熱交換器Ｈｅｘを設けることにより、全体として管路の冷却を制御することが可能になる。このような複数区画化は、管路内での目詰まり防止に役立つ。
【符号の説明】
【００６５】
Ｇ…気体、Ｏ…熱媒油、Ｗ…原料水溶液、Ｓ…気体Ｇを捕集した水和物又はその水和物が原料水溶液Ｗ中に分散又は懸濁してなるスラリー、Ｘ，Ｙ，Ｚ…気体Ｇ，熱媒油Ｏ，原料水溶液Ｗのいずれかに該当、Ｍ（ＸＹ）…ＸとＹとの混合物、Ｍ（ＸＹＺ）…ＸとＹとＺとの混合物、Ｂ…反応槽、Ｈｘ、Ｈｘ１、Ｈｘ２…冷却手段、Ｈｘａ、Ｈｘｂ、Ｈｅｘ…熱交換器、Ｎｇ…気体Ｇの放出ノズル、Ｎｗ…原料水溶液Ｗの放出ノズル、Ｎｏ…熱媒油Ｏの放出ノズル、Ｎｇｏ…気体Ｇと熱媒油Ｏを放出するための放出ノズル、Ｎｇｗ…原料水溶液Ｗと気体Ｇを放出するための放出ノズル、Ｔｍ…原料水溶液Ｗから水和物が生成する温度、Ｔ（Ｇ）…気体Ｇの温度、Ｔ（Ｏ）…熱媒油Ｏの温度、Ｔ（Ｗ）…原料水溶液Ｗの温度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和物により気体を捕集する技術に関し、詳しくは、水和物を生成する薬剤の水溶液（以下「原料水溶液」という）と、原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油との直接接触を通じて原料水溶液中に生成する水和物により気体を捕集する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料水溶液を冷媒により熱交換器を介して冷却し、原料水溶液中に水和物を生成させ、その水和物により気体を捕集する技術が知られている（特許文献１、２）。一方、原料水溶液を原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と直接接触させて冷却し、原料液体中に水和物を生成させる技術が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３８２６１７６号公報
【特許文献２】特開２００９−１３１７２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３０２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、原料水溶液を冷媒により熱交換器を介して冷却し、原料水溶液中に水和物を生成させる場合、原料水溶液の過冷却により水和物の生成が予期せぬ場所で起こり閉塞を起こしたり、熱交換器の熱交換面に付着して熱交換効率を低下させるなどの弊害が生じる。このような弊害は、より長時間にわたる連続的な気体捕集を目指す際の妨げの一つになる。
本発明は、上記の背景や問題に鑑みてなされたものであり、新規な気体捕集技術を提供するとともに、より長時間にわたる連続的な気体捕集に貢献する技術を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための、本発明の第１の形態に係る気体捕集方法は、水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油との直接接触を通じて前記水溶液中に生成する前記水和物により前記気体を捕集することを特徴とするものである。
【０００６】
第２の形態に係る気体捕集方法は、第１の形態に係る気体捕集方法であって、前記混合工程が、前記水溶液から前記水和物が生成する温度よりも低い温度に設定された前記熱媒油及び前記気体と前記水溶液とを混在させる工程であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、原料水溶液を原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と直接接触させて冷却し、原料液体中に水和物を生成させ、その水和物により気体を捕集する技術を提供することができる。
【０００８】
熱媒油は、それが存在しない場合よりも、原料水溶液中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減する。水和物と周囲の壁面との間に熱媒油が介入して付着を阻止し、剥離が促されることが原因であると考えられる。それ故、本発明の第１の形態によれば、より長時間にわたる連続的な気体捕集に貢献する技術を実現することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の形態によれば、熱媒油及び気体が、いずれも、予め、原料水溶液から前記水和物が生成する温度（以下「水和物生成温度」という）よりも低い温度に設定されるので、熱媒油と気体の両方と原料水溶液と間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現できると同時に、その水和物による気体捕集も実現でき、効率的である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法の例を示す模式図。
【図２】実施例で用いるミキサーの一例を示す概略図。
【図３】実施例１〜４の気体捕集方法を示す概略図。
【図４】実施例５〜８の気体捕集方法を示す概略図。
【図５】Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に送る過程に一個又は複数個の熱交換器を配置する構成の要部の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、
（１） 原料水溶液中の物質の典型例は、アルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩など（以下、まとめて「水和物生成薬剤」という場合がある）を溶質とする水溶液又はそれらの水和物生成薬剤のうち複数を溶質とする水溶液である。この水溶液を冷却すると、溶質である水和物生成薬剤をゲスト分子とし水分子をホストとする包接水和物が生成する。この包接水和物は生成時に潜熱を蓄熱する。従って、当該包接水和物は蓄熱性物質に該当し、温度変化により当該包接水和物を生成する当該水溶液は原料液体に該当する。
【００１３】
原料水溶液から生成した包接水和物が当該原料液体に分散又は懸濁すると、当該原料液体はスラリー状を呈する。この状態の原料液体が蓄熱性物質のスラリーに該当する。
【００１４】
水和物生成薬剤である第四級アンモニウム塩であって、入手し易いものの典型例は、臭化テトラ-ｎ-ブチルアンモニウムである。
【００１５】
（２） 熱媒油は、原料水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒体である（換言すれば、そのような性質を有する熱媒体が、本発明における熱媒油として選択される）。そのような熱媒体としては、石油精製品であって、パラフィン油、ガソリン、ナフサ、灯油、ジェット燃料油、軽油、潤滑油ベースオイル、重油などが含まれるもの、シリコン系オイルであって、ジメチルポリシロキサンを構成物質とするシリコーンオイルが含まれるもの、フッ素系液体であって、炭化水素のフッ素化物、例えば、炭化水素の全ての水素をフッ素に置換した化合物であり、炭素数５〜２０（特に６〜１２）の化合物が主成分であるものが含まれるもの等が挙げられる。
【００１６】
（３） 気体は、水和物により捕集されるものであれば、特に制限はなく、水和物生成薬剤の種類にもよるが、水素、硫化水素、二酸化炭素、メタン等が典型例である。
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
１．反応系内への物質の導入
原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法は、特に限定されるものではないが、その例を図１を参照して説明する。図１は、原料水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを反応系内に導入する方法の例を示す模式図である。Ｘ，Ｙ及びＺは、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれかを示している。
【００１９】
図１の（ａ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏをそれぞれ別々に一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示している。Ｘ，Ｙ及びＺは、それぞれ別々に、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。気体Ｇを捕集した水和物又はその水和物が原料水溶液Ｗ中に分散又は懸濁してなるスラリーＳ（以下、水和物等Ｓと称す）は、Ｘ，Ｙ及びＺが導入される経路とは異なる経路（例えば反応槽Ｂの上方）から送出される。また、未反応のＸ，Ｙ及びＺは、反応槽Ｂからそれぞれ別々に送出される。例えば、Ｘ,Ｙが反応槽Ｂの中段からそれぞれ送出され、Ｚが反応槽Ｂの上方から送出される。
【００２０】
図１の（ｂ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合して、一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示している。Ｍ（ＸＹＺ）は、ＸとＹとＺとの混合物を意味する。Ｍ（ＸＹＺ）は、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。水和物等Ｓ及び未反応のＸ，Ｙ及びＺの送出は、図１（ａ）と同様にして行われる。
【００２１】
図１の（ｃ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか二つを予め混合して、残る一つと別々に、一つの反応槽Ｂ内に導入する例を示す。Ｍ（ＸＹ）は、ＸとＹとの混合物を意味する。Ｍ（ＸＹ）及びＺは、反応槽Ｂの例えば一方向（下方）から導入される。水和物等Ｓ及び未反応のＸ，Ｙ及びＺの送出は、図１（ａ）と同様にして行われる。
【００２２】
図１の（ｄ）及び図１の（ｅ）は、気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか一つを予め所蔵している反応槽Ｂ内に、残る二つを導入する例を示している。図１の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂ内には、Ｚが予め収容されている。この反応槽Ｂに、Ｍ（ＸＹ）を例えば一方向（下方）から導入する。水和物等Ｓは、図１（ａ）と同様にして反応槽Ｂから送出される。また、未反応のＸ及びＹは、反応槽Ｂから別々に送出される。例えば、Ｘが反応槽Ｂの上方から送出され、Ｙが反応槽Ｂの中段から送出される。図１の（ｅ）は、Ｘ及びＹの混合物を反応槽Ｂに導入する代わりに、Ｘ及びＹを別々に反応槽Ｂに導入する例である。水和物等Ｓ並びに未反応のＸ及びＹの送出は、図１（ｄ）と同様にして行われる。
【００２３】
２．ミキサー
気体Ｇ，原料水溶液Ｗ及び熱媒油Ｏの混合は、例えば、ミキサーを用いて行うことができる。図２は、実施例で用いるミキサーの一例を示す概略図である。
【００２４】
（１）「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合」するためのミキサーの典型例は、図２（ａ）に示すものである。Ｘ，Ｙ及びＺは、それぞれ別の管路を通してミキサー内に導入された後、混合される。上流側から順番に熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂが配置される。混合後又は混合途中で、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂにより冷却し、原料水溶液Ｗ中に水和物を生成させ、その水和物により気体Ｇを捕集させる。熱媒油Ｏは、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減する。熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却は、一定温度で行っても、段階的に行っても良い（例えば、熱交換器Ｈｘａで比較的高温で冷却し、熱交換器Ｈｘｂで比較的低温で冷却するようにしてもよい）。
【００２５】
Ｘを熱媒油Ｏ、Ｙを気体Ｇ、Ｚを原料水溶液Ｗとするのが好適である。管内の最も外側に熱媒油Ｏを配置すれば、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却を原料水溶液Ｗに伝達する役割を果たすと同時に、生成した水和物の壁面への付着を抑制できるからである。
【００２６】
原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの間に気体Ｇが配置されて短時間で混合するので、気体Ｇの捕集率が高まる。気体Ｇを投入する際には、できるだけ微細にする（微細気泡状）にするのが望ましい。
【００２７】
（２）「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏのうちいずれか二つを予め混合」するためのミキサーの典型例は、図２（ｂ）に示すものである。Ｘ及びＹは、それぞれ別の管路を通してミキサー内に導入された後、混合される。上流側から順番に熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂが配置される。
【００２８】
「気体Ｇ，原料水溶液Ｗ，熱媒油Ｏを予め混合」するためのミキサーの場合と同様に、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却は、一定温度で行っても、段階的に行っても良い。Ｘ、Ｙが熱媒油Ｏ、原料水溶液Ｗの場合、Ｘを熱媒油Ｏとするのが好適である。なぜなら、管内の最も外側に熱媒油Ｏを配置すれば、熱交換器Ｈｘａ、Ｈｘｂによる冷却を原料水溶液Ｗに伝達する役割を果たすと同時に、生成した水和物の壁面への付着を抑制できるからである。
【００２９】
３．温度の設定について
以下、Ｔｍを原料水溶液Ｗから水和物が生成する温度とし、Ｔ（Ｇ）、Ｔ（Ｏ）、Ｔ（Ｗ）をそれぞれ、気体Ｇ，熱媒油Ｏ，原料水溶液Ｗの温度とする。
【００３０】
（１）原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとが混合する際には、少なくとも混合後において、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍとなるようにする。この場合、例えば、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍ、Ｔ（Ｏ）＞Ｔｍである原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとを混合後に、Ｔ（Ｗ）≦Ｔｍ、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍになるように冷却してもよい。あるいは、熱媒油Ｏを予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍとしたうえで、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗに混合し、原料水溶液ＷをＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却してもよい。
【００３１】
（２）原料水溶液Ｗを気体Ｇの存在下で冷却する場合や、原料水溶液Ｗを冷却するために熱媒油Ｏを気体Ｇの存在下で冷却する場合（例．原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとが混合する前に気体Ｇと熱媒油Ｏとが混合する場合）には、予め気体ＧをＴ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却しておくのが効果的である。
【００３２】
４．気体Ｇの微細気泡（マイクロバブル）化と循環供給について
（１）気体Ｇは、微細気泡状態にしたうえで、反応装置内に気体Ｇ単独で又は他の物質（原料水溶液Ｗ及び／又は熱媒油Ｏ）と予め混合したうえで導入するのが好ましい。微細気泡化すれば、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物と遭遇する確率（従って当該水和物に捕集される確率）が増えるからである。また、気体Ｇはそれほど熱伝導率が高くないので、（大気泡径であると）原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触による熱交換を阻害する場合があるところ、微細気泡化すれば、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触による熱交換への悪影響を低減することができる。
【００３３】
（２）気体Ｇは、微細気泡化されていると否とに拘らず、そのすべてが、反応装置内において、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物に捕集されるとは限らない（通常は、未捕集気体Ｇが少なからず残る）。それ故、未反応の気体Ｇについては、これを反応槽Ｂから回収して、循環的に当該反応槽Ｂに供給するように構成する。これにより、水和物による気体Ｇの捕集率を高めることができる。
【００３４】
５．熱交換器の熱交換面と攪拌効果について
反応槽Ｂ内又は反応槽Ｂ外において、原料水溶液Ｗ及び／又は熱媒油Ｏを冷却する熱交換器が存在する場合、その伝熱面における濡れがなくならない程度に（従って、例えば微細気泡状態にして）気体Ｇにより伝熱面界面を攪拌する。これにより、伝熱面への水和物の付着を抑制することができ、伝熱面からの伝熱効率を高めることができる。
【００３５】
６．周囲の壁面への水和物の付着防止について
（１）熱媒油Ｏは、それが存在しない場合よりも、原料水溶液Ｗ中に生成する水和物が周囲の壁面に付着することを抑制又は低減することができる。水和物と周囲の壁面との間に熱媒油Ｏが介在すると、水和物の付着が阻害され、剥離が促されることが原因と考えられる。
【００３６】
（２）気体Ｇは、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触熱交換により原料水溶液Ｗ中に生成する水和物の周囲への付着を抑制又は低減することができる。水和物と周囲の壁面との間に気体Ｇが介入して付着を阻止し、及び／又は、壁面に付着している水和物が気体Ｇから圧力（壁面と水和物との境界に剪断力を生じさせる力）を受け、剥離を促されることが原因と考えられる。
【００３７】
（３）それ故、熱媒油Ｏとともに気体Ｇが水和物と周囲の壁面との間に介在すると、水和物の付着がより効果的に阻害され、剥離が促される。
【００３８】
７．その他
（ａ）反応槽Ｂは、密閉型であっても開放型であってもよい。
【００３９】
（ｂ）反応槽Ｂにおける水和物又はそのスラリーＳの生成は、連続式であっても、バッチ式であってもよい。連続式の場合には、反応槽Ｂ内への物質の送入や反応槽Ｂ内からの物質の送出は、連続的又は断続的である必要がある、ことはいうまでもない。
【００４０】
（ｃ）反応槽Ｂの中へのＸ，Ｙ，Ｚ（及びそれらの少なくとも二つの混合物Ｍ）の送入は、下方から上方の反応槽Ｂの中への送入に限定されない。上方から又は中段から反応槽Ｂの中への送入であってもよい。ただし、気体Ｇの送入については、下方から上方の反応槽Ｂの中への送入の方が好ましい。気体Ｇは反応槽Ｂ内で下から上に向かって移動するケースが多いからである。
【００４１】
（ｄ）反応槽Ｂの中からＸ，Ｙ，Ｚ，Ｓの送出は、反応槽Ｂの中から上方への送出に限定されない。反応槽Ｂの中から中段又は下方への送出であってもよい。ただし、気体Ｇは反応槽Ｂの中から上方への送出の方が好ましい。気体Ｇは反応槽Ｂから上に向かって移動するケースが多いからである。
【００４２】
（ｅ）反応槽Ｂ内への物質の送入や反応槽Ｂ内からの物質の送出の動力については、特に制限はなく、ポンプ動力、重力（溢れ出しのような場合）等であってよい。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限られるものではない。
【００４４】
（実施例１）
図３の（ａ）に示すように、気体Ｇを放出するための放出ノズルＮｇは、反応槽Ｂの下段に配置され、散気装置として機能する。気体Ｇは、放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは、反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの下段から導入される。一方、原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００４５】
Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入すると、気体Ｇが熱媒油Ｏと接するため、熱媒油Ｏが気体ＧによりＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却される。気体Ｇと熱媒油Ｏとの混合物が、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗと直接接するため、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍとなるまで冷却され、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇの両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００４６】
（実施例２）
図３の（ｂ）に示すように、反応槽Ｂの上段から熱媒油Ｏを導入し、かつ反応槽Ｂの下段から原料水溶液Ｗを導入する。気体Ｇの導入位置、水和物等Ｓの送出位置、未反応の気体Ｇの送出は、実施例１と同様にして行われる。
【００４７】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂの上段から導入し、また、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入する。そこにＴ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを反応槽Ｂの下段から導入すると、Ｔｍ以下の温度を持つ熱媒油Ｏ及び気体Ｇと、原料水溶液Ｗとの間で熱交換を生じ、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。その結果、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇ原料の両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００４８】
（実施例３）
図３の（ｃ）に示すように、反応槽Ｂの下段には原料水溶液Ｗが収容されている。気体Ｇは、反応槽Ｂの下段に位置する散気装置としての気体Ｇの放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から導入される。未反応の熱媒油Ｏは反応槽Ｂの上段から回収される。すなわち、熱媒油Ｏは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から上方に移動する。
【００４９】
予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂに導入する。反応槽Ｂ内の原料水溶液Ｗは、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの温度を持つものの、熱媒油Ｏと直接接触することにより、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。これにより、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成する。気体Ｇは反応槽Ｂ内を下方から上方に拡散しているため、生成した水和物が反応槽Ｂ内の気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏとの直接接触で冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。なお、気体Ｇの温度は、特に限定されるものではないが、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍであると、熱媒油Ｏによる原料水溶液Ｗの冷却をより効率的に行うことができる。
【００５０】
（実施例４）
図３の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂの下段には熱媒油Ｏが収容されている。気体Ｇは、反応槽Ｂの下段に位置する散気装置としての気体Ｇの放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、反応槽Ｂ内を上方に向かって拡散する。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。原料水溶液Ｗは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から導入される。未反応の原料水溶液Ｗは反応槽Ｂの上段から回収される。すなわち、原料水溶液Ｗは、放出ノズルＮｇから拡散された気体Ｇと交差するように反応槽Ｂの下方から上方に移動する。反応槽Ｂの下段には、下方から順番に冷却器Ｈｘ１、Ｈｘ２が配置されている。
【００５１】
反応槽Ｂの下段に収容されている熱媒油Ｏは、冷却器Ｈｘ１、Ｈｘ２により、Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍになるように冷却されている。Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを反応槽Ｂに導入することにより、原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させる。これにより、原料水溶液ＷをＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却し、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成する。気体Ｇは反応槽Ｂ内を下方から上方に拡散しているため、生成した水和物が反応槽Ｂ内の気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させて冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００５２】
（実施例５）
図４の（ａ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、気体Ｇと熱媒油Ｏを放出するための放出ノズルＮｇｏが設けられている。熱媒油Ｏ及び気体Ｇは、放出ノズルＮｇｏを通して反応槽Ｂ内に導入される。未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００５３】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏ及びＴ（Ｇ）≦Ｔｍに冷却された気体Ｇを放出ノズルＮｇｏを通して反応槽Ｂ内に導入する。これらが、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗと直接接触すると、熱媒油Ｏ及び気体Ｇと原料水溶液Ｗとの間で熱交換を生じ、原料水溶液ＷがＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却される。その結果、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように、熱媒油Ｏ及び気体Ｇが、いずれもＴｍよりも低い温度に設定されるので、熱媒油Ｏと気体Ｇの両方と原料水溶液Ｗと間で直接接触による熱交換が起こり、効率的な水和物の生成が実現でき、その水和物による気体捕集が実現でき、効率的である。
【００５４】
（実施例６）
図４の（ｂ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、原料水溶液Ｗと気体Ｇを放出するための放出ノズルＮｇｗが設けられている。原料水溶液Ｗは、気体Ｇと共に放出ノズルＮｇｗを通して反応槽Ｂ内に導入される。気体Ｇは、反応槽Ｂの下方から上方に拡散し、未反応の気体Ｇが反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの上段から導入される。
【００５５】
Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗ及びＴ（Ｇ）＞Ｔｍの気体Ｇを放出ノズルＮｇｗを通して反応槽Ｂ内に導入する。また、予めＴ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを反応槽Ｂ内に導入する。その結果、原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触することでＴ（Ｗ）≦Ｔｍになるように冷却され、原料水溶液Ｗ中に水和物が生成し、生成した水和物が気体Ｇを捕集する。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００５６】
（実施例７）
図４の（ｃ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、散気装置として気体Ｇを放出する放出ノズルＮｇが設けられている。気体Ｇは、放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入され、上方に向かって拡散し、未反応の気体Ｇは反応槽Ｂの上方から回収される。熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの下段に上方から導入され、未反応の熱媒油Ｏが反応槽Ｂの下段の下方から回収される。原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの上段の下方、すなわち熱媒油Ｏとの境界位置から導入され、未反応の原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの上段の上方から回収される。
【００５７】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを、反応槽Ｂの下段上方から導入する。また、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを、反応槽Ｂに熱媒油Ｏとの境界から導入する。原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触することにより冷却され、原料水溶液Ｗの温度がＴ（Ｗ）≦Ｔｍに達すると、水和物が生成する。気体Ｇが反応槽Ｂの下方から上方に拡散しているため、生成した水和物により気体Ｇを捕集することができる。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。なお、水和物等Ｓの生成後は、水和物等Ｓと熱媒油Ｏとの境界位置から原料水溶液Ｗを反応槽Ｂ内に導入すると、原料水溶液Ｗと熱媒油Ｏとの直接接触がしやすくなる。気体Ｇの温度は、特に限定されるものではないが、Ｔ（Ｇ）≦Ｔｍであると、熱媒油Ｏによる原料水溶液Ｗの冷却をより効率的に行うことができる。
【００５８】
（実施例８）
図４の（ｄ）に示すように、反応槽Ｂの下段には、散気装置として反応槽Ｂ内に気体Ｇを放出する放出ノズルＮｇ、散水装置として反応槽Ｂ内に原料水溶液Ｗを放出する放出ノズルＮｗが設けられている。反応槽Ｂの上段には、散油装置として反応槽Ｂ内に熱媒油Ｏを放出する放出ノズルＮｏが設けられている。
【００５９】
放出ノズルＮｇから反応槽Ｂ内に導入された気体Ｇは、反応槽Ｂの下方から上方に拡散し、未反応の気体Ｇが反応槽Ｂの上方から回収される。また、放出ノズルＮｗから反応槽Ｂ内に導入された原料水溶液Ｗは、反応槽Ｂの下段から上段に移動し、未反応の原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの上段から回収される。さらに、放出ノズルＮｏから反応槽Ｂ内に導入された熱媒油Ｏは、反応槽Ｂの上段から下段に移動し、未反応の熱媒油Ｏが反応槽Ｂの下方から回収される。
【００６０】
Ｔ（Ｏ）≦Ｔｍに冷却された熱媒油Ｏを、反応槽Ｂの上段の放出ノズルＮｏから導入する。また、Ｔ（Ｗ）＞Ｔｍの原料水溶液Ｗを、反応槽Ｂの下段の放出ノズルＮｗから導入する。熱媒油Ｏが反応槽Ｂの上段から下段に移動し、かつ原料水溶液Ｗが反応槽Ｂの下段から上段に移動するため、原料水溶液Ｗが熱媒油Ｏと直接接触し、これにより冷却される。原料水溶液Ｗの温度がＴ（Ｗ）≦Ｔｍに達すると、水和物が生成する。気体Ｇが反応槽Ｂの下方から上方に拡散しているため、生成した水和物により気体Ｇを捕集することができる。水和物等Ｓは、反応槽Ｂの中段から回収される。このように原料水溶液Ｗを熱媒油Ｏと直接接触させることで冷却することにより、熱媒油Ｏの存在下で水和物の生成、気体Ｇの捕集を行うことができるため、水和物が壁面に付着するのを抑えることができる。従って、より長時間に亘る連続的な気体捕集を実現することができる。
【００６１】
なお、図１においては、上述のとおり、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｓなどについて反応槽Ｂ内の位置に上下の区別はないが、実施例においては、上下の区別がある。熱媒油Ｏと原料水溶液Ｗとの比重差によってこれらの液体の上下位置の関係が変わり得るし、気体Ｇは常に下から上に上昇する。
【００６２】
また、混合物Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に収容するための経路に、一個又は複数個の熱交換器を配置することができる。その例を図５に示す。図５は、管路内を、Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）が流通する過程で、一個又は複数個の熱交換器Ｈｅｘにより、熱交換（冷却）され、その結果物を反応槽Ｂ又はその他の容器内に収容するという構成の要部の説明図である。図５に示すように、Ｍ（ＸＹＺ）又はＭ（ＸＹ）を反応槽Ｂ又はその他の容器内に送る管路Ｐに、一個又は複数個の熱交換器Ｈｅｘを配置することにより、Ｍ（ＸＹＺ）やＭ（ＸＹ）を所望の温度まで冷却することが可能となる。
【００６３】
「その他の容器」内に収容する場合とは、管路Ｐ内で気体捕集の反応が（概ね）完了する場合である。その場合にはもはや反応槽Ｂは不要であり、単に、一時的又は長期間貯蔵する目的で容器に収容すればよい。
【００６４】
「複数個の熱交換器Ｈｅｘ」の場合、例えば、管路を複数個の区画に分け、それぞれに熱交換器Ｈｅｘを設けることにより、全体として管路の冷却を制御することが可能になる。このような複数区画化は、管路内での目詰まり防止に役立つ。
【符号の説明】
【００６５】
Ｇ…気体、Ｏ…熱媒油、Ｗ…原料水溶液、Ｓ…気体Ｇを捕集した水和物又はその水和物が原料水溶液Ｗ中に分散又は懸濁してなるスラリー、Ｘ，Ｙ，Ｚ…気体Ｇ，熱媒油Ｏ，原料水溶液Ｗのいずれかに該当、Ｍ（ＸＹ）…ＸとＹとの混合物、Ｍ（ＸＹＺ）…ＸとＹとＺとの混合物、Ｂ…反応槽、Ｈｘ、Ｈｘ１、Ｈｘ２…冷却手段、Ｈｘａ、Ｈｘｂ、Ｈｅｘ…熱交換器、Ｎｇ…気体Ｇの放出ノズル、Ｎｗ…原料水溶液Ｗの放出ノズル、Ｎｏ…熱媒油Ｏの放出ノズル、Ｎｇｏ…気体Ｇと熱媒油Ｏを放出するための放出ノズル、Ｎｇｗ…原料水溶液Ｗと気体Ｇを放出するための放出ノズル、Ｔｍ…原料水溶液Ｗから水和物が生成する温度、Ｔ（Ｇ）…気体Ｇの温度、Ｔ（Ｏ）…熱媒油Ｏの温度、Ｔ（Ｗ）…原料水溶液Ｗの温度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油との直接接触を通じて前記水溶液中に生成する前記水和物により前記気体を捕集することを特徴とする気体捕集方法。
【請求項２】
前記混合工程は、前記水溶液から前記水和物が生成する温度よりも低い温度に設定された前記熱媒油及び前記気体と前記水溶液とを混在させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の気体捕集方法。
【請求項１】
水和物により気体を捕集する気体捕集方法であって、水和物を生成する薬剤の水溶液と、該水溶液に溶解しない又は疎水性の熱媒油と、気体とを混在させる混合工程を含み、前記熱媒油との直接接触を通じて前記水溶液中に生成する前記水和物により前記気体を捕集することを特徴とする気体捕集方法。
【請求項２】
前記混合工程は、前記水溶液から前記水和物が生成する温度よりも低い温度に設定された前記熱媒油及び前記気体と前記水溶液とを混在させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の気体捕集方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２７８０１（Ｐ２０１３−２７８０１Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４１２７（Ｐ２０１１−１６４１２７）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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