JP2001137691A - 二酸化炭素固定化装置 - Google Patents
二酸化炭素固定化装置Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/20—Sludge processing
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/20—Waste processing or separation
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 熱効率が高く、構造の簡単、製造及びランニ
ングコストを低減する。 【解決手段】 メタン発酵槽で生成するメタン主成分の
ガス中の不純物を硫化水素分離部及び窒素分離部で除去
後、反応槽内に導入する。反応槽内に水素燃焼用触媒が
マット状に充填され、水素分離器からの水素ガスを触媒
上で燃焼させる。反応槽内にメタン分解・水素生成反応
用触媒、二酸化炭素固定化反応用触媒及び剥離剤を混合
した触媒が充填され、吸熱反応のメタン分解・水素生成
反応に必要な熱を触媒１６上の水素燃焼で供給し、触媒
上でメタンが分解し水素が生成する。生成水素ガスと二
酸化炭素が触媒上で反応して二酸化炭素が固定化され
る。固定化反応に必要な熱も水素燃焼で供給される。発
熱反応である固定化反応の熱はメタン分解・水素生成反
応に利用される。生成炭素粉末は触媒に混合された剥離
剤で触媒から剥離され、邪魔板で飛散防止され、反応槽
より回収される。
ングコストを低減する。 【解決手段】 メタン発酵槽で生成するメタン主成分の
ガス中の不純物を硫化水素分離部及び窒素分離部で除去
後、反応槽内に導入する。反応槽内に水素燃焼用触媒が
マット状に充填され、水素分離器からの水素ガスを触媒
上で燃焼させる。反応槽内にメタン分解・水素生成反応
用触媒、二酸化炭素固定化反応用触媒及び剥離剤を混合
した触媒が充填され、吸熱反応のメタン分解・水素生成
反応に必要な熱を触媒１６上の水素燃焼で供給し、触媒
上でメタンが分解し水素が生成する。生成水素ガスと二
酸化炭素が触媒上で反応して二酸化炭素が固定化され
る。固定化反応に必要な熱も水素燃焼で供給される。発
熱反応である固定化反応の熱はメタン分解・水素生成反
応に利用される。生成炭素粉末は触媒に混合された剥離
剤で触媒から剥離され、邪魔板で飛散防止され、反応槽
より回収される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中又は工場等
の排煙中に含まれる二酸化炭素を他の物質に変換して回
収する二酸化炭素固定化装置、下水道処理、生ゴミ処
理、家畜廃棄物処理などの環境制御分野一般、カーボン
ブラック等の炭素化合物製造分野に関する。
の排煙中に含まれる二酸化炭素を他の物質に変換して回
収する二酸化炭素固定化装置、下水道処理、生ゴミ処
理、家畜廃棄物処理などの環境制御分野一般、カーボン
ブラック等の炭素化合物製造分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】工場、発電所、自動車等から大気中に排
出される二酸化炭素（ＣＯ２）は地球温暖化の主たる原
因であることが知られており、近年、このＣＯ２の排出
量を削減することが地球環境の保護の大きな課題となっ
ている。これに対し、従来より工場等の排煙や大気中の
ＣＯ２を固定化し除去するためのシステムが種々提案さ
れている。
出される二酸化炭素（ＣＯ２）は地球温暖化の主たる原
因であることが知られており、近年、このＣＯ２の排出
量を削減することが地球環境の保護の大きな課題となっ
ている。これに対し、従来より工場等の排煙や大気中の
ＣＯ２を固定化し除去するためのシステムが種々提案さ
れている。
【０００３】ＣＯ２を固定して再資源化する方法の一つ
に、例えば水素（Ｈ２）雰囲気下でＣＯ２を還元し、微
粉状の炭素に変換する方法が考案されている。その変換
方式は、大気や排ガス中からＣＯ２を分離するＣＯ２分
離装置、その分離されたＣＯ ２を濃縮するＣＯ２濃縮装
置、ＣＯ２とＨ２を触媒の存在下で反応させて微粉状炭
素を生成するＣＯ２／Ｈ２反応装置などから構成されて
いる。
に、例えば水素（Ｈ２）雰囲気下でＣＯ２を還元し、微
粉状の炭素に変換する方法が考案されている。その変換
方式は、大気や排ガス中からＣＯ２を分離するＣＯ２分
離装置、その分離されたＣＯ ２を濃縮するＣＯ２濃縮装
置、ＣＯ２とＨ２を触媒の存在下で反応させて微粉状炭
素を生成するＣＯ２／Ｈ２反応装置などから構成されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記装置では、二酸化
炭素固定化に必要なＨ２は外部から供給する必要があ
る。Ｈ２は主に水の電気分解により生成されるが、大き
な電力を消費するため、電力コストが高く運転コストが
大変高いものとなる。また、電力を得るためのもっとも
一般的な方法は火力発電であるが、火力発電では石油、
石炭、ＬＮＧ等の化石燃料を燃焼して大量のＣＯ２ガス
を排出するため、総合的なＣＯ２の削減効果は高くでき
ないというジレンマがある。この水素生成における高コ
スト問題を解決するため、有機廃棄物を嫌気性発酵する
ことによりメタンガス（ＣＨ４）を安価に製造し、この
ＣＨ４の分解によるＨ２の入手方法が提案されている。
しかしながら、ＣＨ４を分解しＨ２を製造する場合、そ
の分解反応は（１）式で示されるように吸熱反応であ
り、Ｈ２を製造するためには常に熱を供給する必要があ
る。 ＣＨ４→Ｃ＋２Ｈ２＋９０．１ｋＪ／ｍｏｌ――――――（１） ＣＯ２＋２Ｈ２→Ｃ＋２Ｈ２Ｏ−９６．０ｋＪ／ｍｏｌ――（２） また、二酸化炭素固定化反応は（２）式で示されるよう
に、発熱反応であるが、この反応は４００℃以上の温度
で進行するため、反応を開始させるための初期過程にお
いては熱の供給が必要である。このため、メタン分解反
応が生じる反応槽および二酸化炭素固定化反応が生じる
反応槽へ外部から熱を供給しなければならない。この熱
は原料ガスとしてＨ２もしくはＣＨ４を用い、これらを
燃焼させることにより供給されるが、原料ガスおよび熱
供給のための配管系統が複雑になり、装置製造コスト高
の一因になっている。さらに、外部でＨ２またはＣＨ４
を燃焼する場合、専用の燃焼器やコンプレッサなどが必
要になる。
炭素固定化に必要なＨ２は外部から供給する必要があ
る。Ｈ２は主に水の電気分解により生成されるが、大き
な電力を消費するため、電力コストが高く運転コストが
大変高いものとなる。また、電力を得るためのもっとも
一般的な方法は火力発電であるが、火力発電では石油、
石炭、ＬＮＧ等の化石燃料を燃焼して大量のＣＯ２ガス
を排出するため、総合的なＣＯ２の削減効果は高くでき
ないというジレンマがある。この水素生成における高コ
スト問題を解決するため、有機廃棄物を嫌気性発酵する
ことによりメタンガス（ＣＨ４）を安価に製造し、この
ＣＨ４の分解によるＨ２の入手方法が提案されている。
しかしながら、ＣＨ４を分解しＨ２を製造する場合、そ
の分解反応は（１）式で示されるように吸熱反応であ
り、Ｈ２を製造するためには常に熱を供給する必要があ
る。 ＣＨ４→Ｃ＋２Ｈ２＋９０．１ｋＪ／ｍｏｌ――――――（１） ＣＯ２＋２Ｈ２→Ｃ＋２Ｈ２Ｏ−９６．０ｋＪ／ｍｏｌ――（２） また、二酸化炭素固定化反応は（２）式で示されるよう
に、発熱反応であるが、この反応は４００℃以上の温度
で進行するため、反応を開始させるための初期過程にお
いては熱の供給が必要である。このため、メタン分解反
応が生じる反応槽および二酸化炭素固定化反応が生じる
反応槽へ外部から熱を供給しなければならない。この熱
は原料ガスとしてＨ２もしくはＣＨ４を用い、これらを
燃焼させることにより供給されるが、原料ガスおよび熱
供給のための配管系統が複雑になり、装置製造コスト高
の一因になっている。さらに、外部でＨ２またはＣＨ４
を燃焼する場合、専用の燃焼器やコンプレッサなどが必
要になる。
【０００５】有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメ
タンガスを製造する場合、発生したＣＨ４中には窒素ガ
スと硫化水素ガスが多量に含まれている。これらのガス
はメタン分解・水素生成反応および二酸化炭素固定化反
応を阻害し、装置の稼働効率を低下させる原因となって
いる。また、硫化水素ガスは非常な悪臭を有しており、
装置周囲の環境を悪化させている。
タンガスを製造する場合、発生したＣＨ４中には窒素ガ
スと硫化水素ガスが多量に含まれている。これらのガス
はメタン分解・水素生成反応および二酸化炭素固定化反
応を阻害し、装置の稼働効率を低下させる原因となって
いる。また、硫化水素ガスは非常な悪臭を有しており、
装置周囲の環境を悪化させている。
【０００６】ＣＯ２とＨ２を触媒の存在下で反応させて
微粉状炭素を生成する二酸化炭素固定化のための反応槽
においては、固定化される炭素は触媒表面上にひげ状に
生成するため、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除
くためには、この触媒表面にひげ状についた炭素と触媒
とを一旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離し
た後、触媒を反応槽に戻す必要がある。この操作は非常
に煩雑であるとともに、高価な炭素・触媒分離器を必要
とし、装置製造コストおよびランニングコスト高の原因
となっている。
微粉状炭素を生成する二酸化炭素固定化のための反応槽
においては、固定化される炭素は触媒表面上にひげ状に
生成するため、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除
くためには、この触媒表面にひげ状についた炭素と触媒
とを一旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離し
た後、触媒を反応槽に戻す必要がある。この操作は非常
に煩雑であるとともに、高価な炭素・触媒分離器を必要
とし、装置製造コストおよびランニングコスト高の原因
となっている。
【０００７】メタン分解・水素生成反応と二酸化炭素固
定化反応は別々の二つの反応槽で行われているが、メタ
ン分解・水素生成反応は（１）式で示されるように吸熱
反応であり、一方、二酸化炭素固定化反応は（２）式で
示されるように発熱反応である。従来の二酸化炭素固定
化装置ではメタン分解・水素生成用の反応槽には熱を供
給しなければならず、二酸化炭素固定化用の反応槽では
反応により得られる熱を有効利用するための熱交換機が
設けられている。従って、二つの反応槽に必要な配管系
統が複雑になり、装置製造コスト上昇の原因となってい
る。さらに、これらの反応を分離して行うことは熱効率
の点から考えると明らかに不利である。
定化反応は別々の二つの反応槽で行われているが、メタ
ン分解・水素生成反応は（１）式で示されるように吸熱
反応であり、一方、二酸化炭素固定化反応は（２）式で
示されるように発熱反応である。従来の二酸化炭素固定
化装置ではメタン分解・水素生成用の反応槽には熱を供
給しなければならず、二酸化炭素固定化用の反応槽では
反応により得られる熱を有効利用するための熱交換機が
設けられている。従って、二つの反応槽に必要な配管系
統が複雑になり、装置製造コスト上昇の原因となってい
る。さらに、これらの反応を分離して行うことは熱効率
の点から考えると明らかに不利である。
【０００８】そこで、本発明は、従来の技術の有する上
記問題点に鑑みてなされたものであって、熱効率が高
く、構造の簡単な、製造コストおよびランニングコスト
を低減できる二酸化炭素固定化装置を提供することを目
的とする。
記問題点に鑑みてなされたものであって、熱効率が高
く、構造の簡単な、製造コストおよびランニングコスト
を低減できる二酸化炭素固定化装置を提供することを目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明における二酸化炭素固定化装置は、有機廃棄物
を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵
手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生
成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応に
より固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有す
る二酸化炭素固定化装置であって、二酸化炭素固定化反
応が生じる反応槽内に二酸化炭素固定化用触媒と水素燃
焼用触媒を充填したものである。二酸化炭素固定化反応
を開始させるためには、反応槽内を４００℃以上に加熱
しなければならず、反応槽に熱を供給する必要がある
が、本発明においては、水素の一部を反応槽内に充填し
た水素燃焼用触媒上で燃焼させることにより、二酸化炭
素固定化反応開始に必要な熱を発生させ、反応槽外部か
らの熱の供給を不要とすることができる。これにより、
熱供給のための燃焼器、コンプレッサーやこれらに伴う
配管が不要となり、装置の簡素化が可能となる。
に本発明における二酸化炭素固定化装置は、有機廃棄物
を嫌気性発酵することによりメタンガスを生成する発酵
手段と、該メタンガスを分解して水素を取り出す水素生
成手段と、該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応に
より固体炭素を生成する二酸化炭素固定手段と、を有す
る二酸化炭素固定化装置であって、二酸化炭素固定化反
応が生じる反応槽内に二酸化炭素固定化用触媒と水素燃
焼用触媒を充填したものである。二酸化炭素固定化反応
を開始させるためには、反応槽内を４００℃以上に加熱
しなければならず、反応槽に熱を供給する必要がある
が、本発明においては、水素の一部を反応槽内に充填し
た水素燃焼用触媒上で燃焼させることにより、二酸化炭
素固定化反応開始に必要な熱を発生させ、反応槽外部か
らの熱の供給を不要とすることができる。これにより、
熱供給のための燃焼器、コンプレッサーやこれらに伴う
配管が不要となり、装置の簡素化が可能となる。
【００１０】さらに、有機廃棄物を嫌気性発酵すること
によりメタンガスを製造する際にメタンガス中に含まれ
る窒素および硫化水素ガスを、二酸化炭素固定化反応が
生じる反応槽の前段で分離する手段を設けたものであ
る。メタンガスが反応槽に導入される前に窒素および硫
化水素ガスを分離しておくことにより、反応槽内での二
酸化炭素固定化反応を阻害する要因をあらかじめ取り除
くことができ、装置全体の稼働効率を上昇させることが
可能となる。
によりメタンガスを製造する際にメタンガス中に含まれ
る窒素および硫化水素ガスを、二酸化炭素固定化反応が
生じる反応槽の前段で分離する手段を設けたものであ
る。メタンガスが反応槽に導入される前に窒素および硫
化水素ガスを分離しておくことにより、反応槽内での二
酸化炭素固定化反応を阻害する要因をあらかじめ取り除
くことができ、装置全体の稼働効率を上昇させることが
可能となる。
【００１１】また、二酸化炭素固定化のための反応槽
に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成する固体状炭
素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定化用触媒と混
合して充填したものである。剥離剤を混合しておくこと
により、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除くため
の高価な炭素／触媒分離器を必要とせず、装置製造コス
トを削減することができる。さらに、炭素と触媒とを一
旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離した後、
触媒を反応槽に戻すという煩雑な操作も不要となり、ラ
ンニングコストの低減を可能とする。
に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成する固体状炭
素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定化用触媒と混
合して充填したものである。剥離剤を混合しておくこと
により、生成した炭素微粉末を反応槽外に取り除くため
の高価な炭素／触媒分離器を必要とせず、装置製造コス
トを削減することができる。さらに、炭素と触媒とを一
旦反応槽の外部に取り出し、炭素と触媒を分離した後、
触媒を反応槽に戻すという煩雑な操作も不要となり、ラ
ンニングコストの低減を可能とする。
【００１２】さらに、メタン分解・水素生成用触媒と二
酸化炭素固定化用触媒を一つの反応槽内に充填したもの
である。これら２種類の触媒を適当量混合し、吸熱反応
であるメタン分解・水素生成反応と、発熱反応である二
酸化炭素固定化反応とを一つの反応槽内で行わせること
で、メタン分解・水素生成反応に必要な熱量を二酸化炭
素固定化反応で発生する熱量で供給可能となる。これに
より反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供
給、熱回収のための配管系が不要となり、装置製造コス
トを削減することができる。また、装置の保守、点検が
非常に容易となる。さらに、二酸化炭素固定化反応で発
生する熱をほぼ１００％有効利用することが可能にな
り、ランニングコストの低減がはかれる。
酸化炭素固定化用触媒を一つの反応槽内に充填したもの
である。これら２種類の触媒を適当量混合し、吸熱反応
であるメタン分解・水素生成反応と、発熱反応である二
酸化炭素固定化反応とを一つの反応槽内で行わせること
で、メタン分解・水素生成反応に必要な熱量を二酸化炭
素固定化反応で発生する熱量で供給可能となる。これに
より反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供
給、熱回収のための配管系が不要となり、装置製造コス
トを削減することができる。また、装置の保守、点検が
非常に容易となる。さらに、二酸化炭素固定化反応で発
生する熱をほぼ１００％有効利用することが可能にな
り、ランニングコストの低減がはかれる。
【００１３】本発明の二酸化炭素固定化装置は上記のよ
うに構成されており、配管系統および反応槽の簡素化、
反応熱の有効利用等が可能となり、装置の製造コストお
よびランニングコストを低減することができる。
うに構成されており、配管系統および反応槽の簡素化、
反応熱の有効利用等が可能となり、装置の製造コストお
よびランニングコストを低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のメタン発酵を利
用した二酸化炭素固定化装置の一実施例を示している。
用した二酸化炭素固定化装置の一実施例を示している。
【００１５】本実施例の二酸化炭素固定化装置は、生ゴ
ミなどの有機廃棄物を嫌気性発酵槽で細菌によって分解
しＣＨ４を発生させるメタン発酵槽２、硫化水素分離部
４、窒素分離部６、水素発生および二酸化炭素固定化反
応が起こる反応槽８、熱交換器１８、凝縮器２０、水素
分離器２２および燃料電池２４を備えている。反応槽８
内部には邪魔板１０、メタン分解・水素生成反応のため
の触媒と二酸化炭素固定化反応のための触媒および剥離
剤が混合された触媒１２、焼結板１４および水素燃焼用
の触媒１６が配置されている。
ミなどの有機廃棄物を嫌気性発酵槽で細菌によって分解
しＣＨ４を発生させるメタン発酵槽２、硫化水素分離部
４、窒素分離部６、水素発生および二酸化炭素固定化反
応が起こる反応槽８、熱交換器１８、凝縮器２０、水素
分離器２２および燃料電池２４を備えている。反応槽８
内部には邪魔板１０、メタン分解・水素生成反応のため
の触媒と二酸化炭素固定化反応のための触媒および剥離
剤が混合された触媒１２、焼結板１４および水素燃焼用
の触媒１６が配置されている。
【００１６】有機廃棄物をメタン細菌などの細菌と共に
メタン発酵槽２に導入し、有機廃棄物の嫌気性発酵によ
って、ＣＨ４やＣＯ２を含むガスを生じさせる。その発
生ガス中には、主生成物であるＣＨ４の他に窒素ガス、
硫化水素ガスが含まれており、まずこの発生ガスは硫化
水素分離部４に送られる。硫化水素分離部は内部に酸化
亜鉛（ＺｎＯ）が充填されており、（３）式で示される
反応により硫化水素を吸着することにより発生ガス中の
硫化水素を除去する。 Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→ＺｎＳ＋Ｈ２Ｏ――――――（３） さらに、硫化水素を除去された発生ガスは窒素分離部６
へ送られる。窒素分離部６内部にはゼオライトが充填さ
れており、ゼオライトの分子篩い作用により、二酸化炭
素、メタン、窒素の混合ガスから窒素を分離する。ここ
で、窒素ガス分離に使用可能なゼオライトとしては、Ｃ
ａ−、Ｂａ−モルデナイト等がある。
メタン発酵槽２に導入し、有機廃棄物の嫌気性発酵によ
って、ＣＨ４やＣＯ２を含むガスを生じさせる。その発
生ガス中には、主生成物であるＣＨ４の他に窒素ガス、
硫化水素ガスが含まれており、まずこの発生ガスは硫化
水素分離部４に送られる。硫化水素分離部は内部に酸化
亜鉛（ＺｎＯ）が充填されており、（３）式で示される
反応により硫化水素を吸着することにより発生ガス中の
硫化水素を除去する。 Ｈ２Ｓ＋ＺｎＯ→ＺｎＳ＋Ｈ２Ｏ――――――（３） さらに、硫化水素を除去された発生ガスは窒素分離部６
へ送られる。窒素分離部６内部にはゼオライトが充填さ
れており、ゼオライトの分子篩い作用により、二酸化炭
素、メタン、窒素の混合ガスから窒素を分離する。ここ
で、窒素ガス分離に使用可能なゼオライトとしては、Ｃ
ａ−、Ｂａ−モルデナイト等がある。
【００１７】メタン発酵槽２で発生したガスは硫化水素
分離部４および窒素分離部６で硫化水素ガスおよび窒素
ガスを取り除かれた後、反応槽８下部に導入される。反
応槽８には固定化されるＣＯ２および水素分離器２２か
ら供給されるＨ２も下部から導入される。導入されたＣ
Ｈ４は触媒１２により分解され水素を生成する。この分
解反応は（１）式で示したように吸熱反応であり、熱を
供給する必要がある。本発明ではこの熱を、水素分離器
２２から供給されるＨ２を触媒１６上で燃焼させること
によって得るものである。触媒１６としては、例えばＡ
ｌ２Ｏ３を担体とするＰｔ、Ａｕなどを用いることがで
き、反応槽８内にマット状に充填される。水素の燃焼反
応は（４）式で表される。 Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ−２８５ｋＪ／ｍｏｌ―――――（４） この水素の燃焼により反応槽８全体の温度を上昇させる
ことができ、メタン分解・水素生成反応を進行させるこ
とができる。ここで得られたＨ２を用いて、（２）式で
示される二酸化炭素固定化反応が触媒１２上で進行する
が、この二酸化炭素固定化反応は４００℃以上で進行す
るものであり、反応を開始させるためには触媒１２を４
００℃以上に加熱しなければならない。本発明ではこの
加熱に必要な熱も、触媒１６上での水素の燃焼反応から
得るものであり、反応槽８には反応槽外部から熱を供給
する必要がない。触媒１２としては、例えばＳｉＯ２や
Ａｌ ２Ｏ３を担体とするＮｉ、Ｃｏなどを用いることが
でき、通気性を有する焼結板上に層状に配置されてい
る。
分離部４および窒素分離部６で硫化水素ガスおよび窒素
ガスを取り除かれた後、反応槽８下部に導入される。反
応槽８には固定化されるＣＯ２および水素分離器２２か
ら供給されるＨ２も下部から導入される。導入されたＣ
Ｈ４は触媒１２により分解され水素を生成する。この分
解反応は（１）式で示したように吸熱反応であり、熱を
供給する必要がある。本発明ではこの熱を、水素分離器
２２から供給されるＨ２を触媒１６上で燃焼させること
によって得るものである。触媒１６としては、例えばＡ
ｌ２Ｏ３を担体とするＰｔ、Ａｕなどを用いることがで
き、反応槽８内にマット状に充填される。水素の燃焼反
応は（４）式で表される。 Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ−２８５ｋＪ／ｍｏｌ―――――（４） この水素の燃焼により反応槽８全体の温度を上昇させる
ことができ、メタン分解・水素生成反応を進行させるこ
とができる。ここで得られたＨ２を用いて、（２）式で
示される二酸化炭素固定化反応が触媒１２上で進行する
が、この二酸化炭素固定化反応は４００℃以上で進行す
るものであり、反応を開始させるためには触媒１２を４
００℃以上に加熱しなければならない。本発明ではこの
加熱に必要な熱も、触媒１６上での水素の燃焼反応から
得るものであり、反応槽８には反応槽外部から熱を供給
する必要がない。触媒１２としては、例えばＳｉＯ２や
Ａｌ ２Ｏ３を担体とするＮｉ、Ｃｏなどを用いることが
でき、通気性を有する焼結板上に層状に配置されてい
る。
【００１８】メタン分解・水素生成反応および二酸化炭
素固定化反応で生成した炭素粉末は触媒１２中に混合さ
れている剥離剤により触媒１２から剥離されるが、この
遊離した炭素粉末は飛散しやすく、反応槽８の後段へと
運ばれ、パイプの目詰まり等のトラブルの原因となる。
本発明ではこのようなトラブルを防止するため、反応槽
８内に邪魔板１０を設置している。邪魔板１０により遊
離した炭素粉末は反応槽８の外部へ飛散することはな
く、すべて回収される。また、触媒１２中に剥離剤を混
合した結果、生成した炭素粉末を触媒から分離するため
の炭素・触媒分離器を必要とせず、反応器８内から容易
に炭素粉末を回収することができる。
素固定化反応で生成した炭素粉末は触媒１２中に混合さ
れている剥離剤により触媒１２から剥離されるが、この
遊離した炭素粉末は飛散しやすく、反応槽８の後段へと
運ばれ、パイプの目詰まり等のトラブルの原因となる。
本発明ではこのようなトラブルを防止するため、反応槽
８内に邪魔板１０を設置している。邪魔板１０により遊
離した炭素粉末は反応槽８の外部へ飛散することはな
く、すべて回収される。また、触媒１２中に剥離剤を混
合した結果、生成した炭素粉末を触媒から分離するため
の炭素・触媒分離器を必要とせず、反応器８内から容易
に炭素粉末を回収することができる。
【００１９】反応槽８で生成した混合ガスは熱交換器１
８を通り、凝縮器２０に導入される。熱交換器１８にお
いて高温の混合ガスは降温され、この際に混合ガスから
得られる熱は熱交換器１８に蓄えられる。混合ガス中の
水蒸気は凝縮器２０で水となり、系外へ排出される。水
蒸気を取り除かれた混合ガスはさらに水素分離器２２に
導入される。水素分離器２２において、混合ガス中に含
まれる水素が分離精製され、この水素ガスは一部は燃料
電池２４に導入され電力として蓄えられ、一部は水素燃
焼用の水素として反応槽８に導入される。水素分離器２
２には、水素分子を選択的に透過させる透過膜を利用す
る、あるいは水素分子を選択的に吸着する吸着剤を利用
する等の、周知の種々の方法を用いることができる。残
りの排ガスである未反応の二酸化炭素およびメタンは熱
交換器１８へと運ばれ、熱交換器１８で蓄えられた熱に
より昇温された後、再び反応槽８に循環される。
８を通り、凝縮器２０に導入される。熱交換器１８にお
いて高温の混合ガスは降温され、この際に混合ガスから
得られる熱は熱交換器１８に蓄えられる。混合ガス中の
水蒸気は凝縮器２０で水となり、系外へ排出される。水
蒸気を取り除かれた混合ガスはさらに水素分離器２２に
導入される。水素分離器２２において、混合ガス中に含
まれる水素が分離精製され、この水素ガスは一部は燃料
電池２４に導入され電力として蓄えられ、一部は水素燃
焼用の水素として反応槽８に導入される。水素分離器２
２には、水素分子を選択的に透過させる透過膜を利用す
る、あるいは水素分子を選択的に吸着する吸着剤を利用
する等の、周知の種々の方法を用いることができる。残
りの排ガスである未反応の二酸化炭素およびメタンは熱
交換器１８へと運ばれ、熱交換器１８で蓄えられた熱に
より昇温された後、再び反応槽８に循環される。
【００２０】二酸化炭素固定化反応は発熱反応であり、
一旦反応が開始すれば熱の供給は必要でなく、逆に生成
する熱をメタン分解・水素生成反応に利用することがで
きる。触媒１２に混合されるメタン分解・水素生成反応
用触媒と二酸化炭素固定化反応用触媒の混合量を適当に
調整し、さらに反応槽８に供給される水素ガスの量を調
整することで触媒１６上において水素ガスの燃焼により
発生する熱量を適当に調節することにより、メタン分解
・水素生成反応に必要な熱を、反応槽８外部より供給す
ること無しに、過不足無く発生させることが可能にな
り、理想的な熱効率が実現でき、ランニングコストの低
減が可能になる。
一旦反応が開始すれば熱の供給は必要でなく、逆に生成
する熱をメタン分解・水素生成反応に利用することがで
きる。触媒１２に混合されるメタン分解・水素生成反応
用触媒と二酸化炭素固定化反応用触媒の混合量を適当に
調整し、さらに反応槽８に供給される水素ガスの量を調
整することで触媒１６上において水素ガスの燃焼により
発生する熱量を適当に調節することにより、メタン分解
・水素生成反応に必要な熱を、反応槽８外部より供給す
ること無しに、過不足無く発生させることが可能にな
り、理想的な熱効率が実現でき、ランニングコストの低
減が可能になる。
【００２１】反応槽８から排出される反応ガスを熱交換
器１８、凝縮器２０および水素分離器２８に送った後、
再び反応槽８に循環させることにより、混合ガス中のＣ
Ｏ２をすべて炭素と水に変換でき、外部に一切のＣＯ２
を排出しないことが可能となる。
器１８、凝縮器２０および水素分離器２８に送った後、
再び反応槽８に循環させることにより、混合ガス中のＣ
Ｏ２をすべて炭素と水に変換でき、外部に一切のＣＯ２
を排出しないことが可能となる。
【００２２】反応槽８で生成し分離された炭素は工業用
カーボンブラックとして使用することができ、廃棄物を
有用物質に変換することが可能であり、資源の節約に貢
献することができる。
カーボンブラックとして使用することができ、廃棄物を
有用物質に変換することが可能であり、資源の節約に貢
献することができる。
【００２３】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求範
囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行
うことができる。例えば、硫化水素分離部４で使用され
る充填剤としては、酸化亜鉛の他にも常温で硫化水素ガ
スと反応して硫化物を生成する化合物であれば良く、酸
化鉛、酸化カドミウム等を用いることができる。さら
に、窒素分離部６で使用される充填剤としては、ゼオラ
イトの他にも適当なサイズの細孔を有し分子篩い作用を
示す材料であれば良く、多孔質シリカ等を用いることが
できる。また、触媒１２に混合される二酸化炭素固定化
反応用触媒としてＮｉ−ＳｉＯ２を用いることにより、
カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラ
ーレン等の付加価値の高い炭素化合物を生成することを
ができる。上記触媒には第３成分としてＰｔ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｋ等を添加してもよい。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求範
囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行
うことができる。例えば、硫化水素分離部４で使用され
る充填剤としては、酸化亜鉛の他にも常温で硫化水素ガ
スと反応して硫化物を生成する化合物であれば良く、酸
化鉛、酸化カドミウム等を用いることができる。さら
に、窒素分離部６で使用される充填剤としては、ゼオラ
イトの他にも適当なサイズの細孔を有し分子篩い作用を
示す材料であれば良く、多孔質シリカ等を用いることが
できる。また、触媒１２に混合される二酸化炭素固定化
反応用触媒としてＮｉ−ＳｉＯ２を用いることにより、
カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラ
ーレン等の付加価値の高い炭素化合物を生成することを
ができる。上記触媒には第３成分としてＰｔ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｋ等を添加してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸
化炭素固定化装置は次のような効果を有している。 （１）二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化
炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填することによ
り、二酸化炭素固定化反応開始に必要な熱を水素燃焼用
触媒上で水素ガスを燃焼させることにより発生させ、反
応槽外部からの熱の供給を不要とすることができ、装置
の簡素化が可能となる。 （２）有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガ
スを製造する際にメタンガス中に含まれる窒素および硫
化水素ガスを反応槽の前段で分離する手段を有すること
により、反応槽内での二酸化炭素固定化反応を阻害する
要因を取り除くことができ、装置全体の稼働効率を上昇
させることが可能となる。 （３）反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成
する固体状炭素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定
化用触媒と混合して充填することにより、炭素／触媒分
離器を必要とせず、装置製造コストを削減することがで
きる。 （４）反応槽内に邪魔板を設置することにより、生成す
る炭素粉末の飛散を防止することができ、炭素粉末の回
収を容易にする。 （５）メタン分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化
用触媒を一つの反応槽内に充填することにより、二酸化
炭素固定化反応で発生する熱を有効利用することが可能
になり、ランニングコストの低減がはかれる。さらに、
反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供給、熱
回収のための配管系が不要となり、装置製造コストを削
減することができる。 （６）有用な炭素化合物を副製品として得ることができ
る。
化炭素固定化装置は次のような効果を有している。 （１）二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化
炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填することによ
り、二酸化炭素固定化反応開始に必要な熱を水素燃焼用
触媒上で水素ガスを燃焼させることにより発生させ、反
応槽外部からの熱の供給を不要とすることができ、装置
の簡素化が可能となる。 （２）有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガ
スを製造する際にメタンガス中に含まれる窒素および硫
化水素ガスを反応槽の前段で分離する手段を有すること
により、反応槽内での二酸化炭素固定化反応を阻害する
要因を取り除くことができ、装置全体の稼働効率を上昇
させることが可能となる。 （３）反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒の表面に生成
する固体状炭素を分離できる剥離剤を、二酸化炭素固定
化用触媒と混合して充填することにより、炭素／触媒分
離器を必要とせず、装置製造コストを削減することがで
きる。 （４）反応槽内に邪魔板を設置することにより、生成す
る炭素粉末の飛散を防止することができ、炭素粉末の回
収を容易にする。 （５）メタン分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化
用触媒を一つの反応槽内に充填することにより、二酸化
炭素固定化反応で発生する熱を有効利用することが可能
になり、ランニングコストの低減がはかれる。さらに、
反応槽が一つになり、反応槽に必要であった熱供給、熱
回収のための配管系が不要となり、装置製造コストを削
減することができる。 （６）有用な炭素化合物を副製品として得ることができ
る。
【図１】本発明の二酸化炭素固定化装置の実施例の全体
構成図である。
構成図である。
２---メタン発酵槽 ４---硫化水素分離部 ６---窒素分離部 ８---反応槽 １０---邪魔板 １２、１６---触媒 １４---焼結板 １８---熱交換器 ２０---凝縮器 ２２---水素分離器 ２４---燃料電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AB05 CA18 CA34 CC09 4D059 AA01 AA07 BA12 BA15 CA14 CC10 DA37 4G046 CA02 CB02 CC08 CC09 JA01 4G075 AA04 BA06 BD04 BD12 CA02 CA54 DA01 EB01
Claims (4)
- 【請求項１】 有機廃棄物を嫌気性発酵することにより
メタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解
して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸
化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸
化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置にお
いて、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内に二酸化
炭素固定化用触媒と水素燃焼用触媒を充填したことを特
徴とする二酸化炭素固定化装置。 - 【請求項２】 前記反応槽に、二酸化炭素固定化用触媒
と生成する固体状炭素とを分離する剥離剤を充填したこ
とを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素固定化装置。 - 【請求項３】 有機廃棄物を嫌気性発酵することにより
メタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解
して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸
化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸
化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置にお
いて、該メタンガス中に含有される窒素ガスおよび硫化
水素ガスを分離する手段を有することを特徴とする二酸
化炭素固定化装置。 - 【請求項４】 有機廃棄物を嫌気性発酵することにより
メタンガスを生成する発酵手段と、該メタンガスを分解
して水素を取り出す水素生成手段と、該水素ガスと二酸
化炭素ガスとの化学反応により固体炭素を生成する二酸
化炭素固定手段と、を有する二酸化炭素固定化装置にお
いて、二酸化炭素固定化反応が生じる反応槽内にメタン
分解・水素生成用触媒と二酸化炭素固定化用触媒を充填
したことを特徴とする二酸化炭素固定化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32540999A JP2001137691A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 二酸化炭素固定化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32540999A JP2001137691A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 二酸化炭素固定化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001137691A true JP2001137691A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18176531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32540999A Pending JP2001137691A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 二酸化炭素固定化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001137691A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2449233A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | Timothy James Ronald Kruger | A process for reducing carbon dioxide to carbon utilising methane |
| JP2015516361A (ja) * | 2012-04-16 | 2015-06-11 | シーアストーン リミテッド ライアビリティ カンパニー | 炭素酸化物を含有するオフガスを処理するための方法 |
| JP2016502491A (ja) * | 2012-11-29 | 2016-01-28 | シーアストーン リミテッド ライアビリティ カンパニー | 固体炭素材料を製造するための反応器および方法 |
| US9731970B2 (en) | 2012-04-16 | 2017-08-15 | Seerstone Llc | Methods and systems for thermal energy recovery from production of solid carbon materials by reducing carbon oxides |
| US9796591B2 (en) | 2012-04-16 | 2017-10-24 | Seerstone Llc | Methods for reducing carbon oxides with non ferrous catalysts and forming solid carbon products |
| US11951428B2 (en) | 2016-07-28 | 2024-04-09 | Seerstone, Llc | Solid carbon products comprising compressed carbon nanotubes in a container and methods of forming same |
-
1999
- 1999-11-16 JP JP32540999A patent/JP2001137691A/ja active Pending
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