(57)【要約】【課題】燃焼物を燃焼させた際に、燃焼物に含まれるＣの一部を固定化することができ、Ｆｅの量に限定されずに燃焼により発生するＣＯ２量を抑えることができるＣＯ２低排出型燃焼装置及びＣＯ２低排出型燃焼方法を提供すること。【解決手段】ＣＯ２低排出型燃焼装置１は、ゴミ（燃焼物）Ｇに燃料ＦとＯ２（酸化剤）とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる焼却部３と、ＦｅとＣＯとからＦｅ３Ｃを生成する触媒生成部８と、ＣＯとＦｅ３Ｃとを反応させる反応部１０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼物に燃料と酸化剤とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる焼却部と、
Ｆｅと前記ＣＯとからＦｅ３Ｃを生成する触媒生成部と、
前記ＣＯと前記Ｆｅ３Ｃとを反応させる反応部と、
を備えていることを特徴とするＣＯ２低排出型燃焼装置。
【請求項２】
投入される前記酸化剤に対する前記燃料の投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２低排出型燃焼装置。
【請求項３】
前記Ｆｅが前記燃焼物に含まれ、
前記焼却部にて溶融された前記Ｆｅを取り出す抽出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＯ２低排出型燃焼装置。
【請求項４】
燃焼物に燃料と酸化剤とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる焼却工程と、
Ｆｅと前記ＣＯとからＦｅ３Ｃを生成する触媒生成工程と、
前記ＣＯと前記Ｆｅ３Ｃとを反応させる反応工程と、
を備えていることを特徴とするＣＯ２低排出型燃焼方法。
【請求項５】
投入される前記酸化剤に対する前記燃料の投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下であることを特徴とする請求項４に記載のＣＯ２低排出型燃焼方法。
【請求項６】
前記Ｆｅが前記燃焼物に含まれ、
前記焼却部にて溶融された前記Ｆｅを取り出す抽出工程を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載のＣＯ２低排出型燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２低排出型燃焼装置及びＣＯ２低排出型燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却設備、その他加熱炉等の工業炉等からは、多量の二酸化炭素（ＣＯ２）が排出されている。これらの設備における燃料は主として炭化水素からなっており、燃焼排ガス中にはその燃焼生成物であるＣＯ２と水（Ｈ２Ｏ）が含まれる。このうち、Ｈ２Ｏは冷却することにより液体とすることができ、排水処理設備を通して放流できるが、ＣＯ２については、大気放散されている。しかし、地球温暖化対策のため、ＣＯ２の排出を規制する何らかの対策が必要とされている。
【０００３】
このような中、鉄（Ｆｅ）粉とＣＯ２とを反応させて酸化鉄と炭素（Ｃ）を得ることによって、ＣＯ２を分解・固定するＣＯ２低排出型燃焼装置及びＣＯ２低排出型燃焼方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のＣＯ２低排出型燃焼装置及びＣＯ２低排出型燃焼方法では、固定化されるＣＯ２の割合が、
０．２８６ｍｏｌｅＣＯ２／ｍｏｌｅＦｅ=０．１１５Ｎｍ３ＣＯ２／ｋｇＦｅ
となる。したがって、例えば、ゴミ等に含まれるＦｅを利用しようとしても、ＣＯ２を固定化するためにはＦｅが量的に不足してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、燃焼物を燃焼させた際に、燃焼物に含まれるＣの一部を固定化することができ、Ｆｅの量に限定されずに燃焼により発生するＣＯ２量を抑えることができるＣＯ２低排出型燃焼装置及びＣＯ２低排出型燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼装置は、燃焼物に燃料と酸化剤とを加えて燃焼して一酸化炭素（ＣＯ）を含む排ガスを発生させる焼却部と、Ｆｅと前記ＣＯとからＦｅ３Ｃを生成する触媒生成部と、前記ＣＯと前記Ｆｅ３Ｃとを反応させる反応部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼方法は、燃焼物に燃料と酸化剤とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる焼却工程と、Ｆｅと前記ＣＯとからＦｅ３Ｃを生成する触媒生成工程と、前記ＣＯと前記Ｆｅ３Ｃとを反応させる反応工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この発明は、ＦｅとＣＯとの反応により生じるＦｅ３Ｃを触媒として、１モルのＣＯから１／２モルのＣＯ２と１／２モルのＣとを生成することができる。
【００１０】
また、本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼装置は、前記ＣＯ２低排出型燃焼装置であって、投入される前記酸化剤に対する前記燃料の投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼方法は、前記ＣＯ２低排出型燃焼方法であって、投入される前記酸化剤に対する前記燃料の投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下であることを特徴とする。
【００１２】
この発明は、ＣＯ２／ＣＯ中のＣＯ濃度を８０％以上に高めることができ、その後の反応を好適に進めることができる。
【００１３】
また、本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼装置は、前記ＣＯ２低排出型燃焼装置であって、前記Ｆｅが前記燃焼物に含まれ、前記焼却部にて溶融された前記Ｆｅを取り出す抽出部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るＣＯ２低排出型燃焼方法は、前記ＣＯ２低排出型燃焼方法であって、前記Ｆｅが前記燃焼物に含まれ、前記焼却部にて溶融された前記Ｆｅを取り出す抽出工程を備えていることを特徴とする。
【００１５】
この発明は、製鉄事業者等からＦｅの供給を別途受ける必要がなく、Ｆｅを燃焼物から供給することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼物を燃焼させた際に、燃焼物に含まれるＣの一部を固定化することができ、Ｆｅの量に限定されずに燃焼により発生するＣＯ２量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＯ２低排出型燃焼装置を示すシステムブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＯ２低排出型燃焼方法を示すフロー図である。
【図３】燃焼における燃料と酸化剤との当量比、燃焼温度、及び排ガス成分比の関係を示すグラフである。
【図４】燃焼における燃料と酸化剤との当量比と、ＣＯ／ＣＯ２比を示すグラフである。
【図５】ＣＯ２とともに生成された最終生成物の電子顕微鏡写真である。
【図６】ＣＯ２とともに生成された最終生成物の電子顕微鏡写真である。
【図７】図５のＰｏｉｎｔ１における定性分析結果を示すグラフである。
【図８】図５のＰｏｉｎｔ２における定性分析結果を示すグラフである。
【図９】図６のＰｏｉｎｔ３における定性分析結果を示すグラフである。
【図１０】図６のＰｏｉｎｔ４における定性分析結果を示すグラフである。
【図１１】固定化されたＣの電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１１の拡大写真である。
【図１３】図１２の拡大写真である。
【図１４】図１２の別方向からの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る焼却炉（ＣＯ２低排出型燃焼装置）１は、図１に示すように、Ｏ２製造部２と、焼却部３と、冷却部５と、Ｈ２分離部６と、Ｆｅ抽出部７と、触媒生成部８と、反応部１０と、を備えている。
【００１９】
Ｏ２製造部２は、空気中からＮ２を分離して焼却部３にＯ２（酸化剤）を供給する。焼却部３は、ゴミ（燃焼物）Ｇに燃料ＦとＯ２とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる。ここで、ゴミＧの成分は、セルロースとプラスチックとＦｅ等の金属を含む少量の物質との混合物とみなすことができる。焼却部３は、Ｆｅ等の金属が溶融可能な高温で燃焼可能とされている。
【００２０】
冷却部５は、焼却部３から排出された排ガスを冷却し、Ｈ２Ｏを液化して排ガス中から排出する。Ｈ２分離部６は、例えば、冷却部５から排出された排ガスをパラジウム系の合金薄膜に通過させる等の公知の方法によって、排ガスからＨ２を分離して除去する。一方、Ｆｅ抽出部７は、例えば、焼却部３にて溶融された溶融金属を高圧水で冷却して鉄溶湯からＦｅを粉化する水アトマイズ法等の公知の方法によってＦｅ微粒子を抽出する。
【００２１】
触媒生成部８は、Ｈ２分離部６から排出されたＣＯと、Ｆｅ抽出部７から抽出されたＦｅ微粒子とを反応させて、Ｆｅ３Ｃを生成する。反応部１０は、ＣＯと生成されたＦｅ３Ｃとを反応させる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る焼却方法（ＣＯ２低排出型燃焼方法）について説明する。
この焼却方法は、図２に示すように、Ｏ２製造工程（Ｓ０１）と、焼却工程（Ｓ０２）と、冷却工程（Ｓ０３）と、Ｈ２分離工程（Ｓ０４）と、Ｆｅ抽出工程（Ｓ０５）と、触媒生成工程（Ｓ０６）と、反応工程（Ｓ０７）と、を備えている。
【００２３】
Ｏ２製造工程（Ｓ０１）は、Ｏ２製造部２により空気中からＮ２を分離して焼却部３にＯ２を供給する。焼却工程（Ｓ０２）は、焼却部３にてゴミＧに燃料ＦとＯ２とを加えて燃焼してＣＯを含む排ガスを発生させる。この際、図３及び図４に示すように、（燃料／Ｏ２）／（完全燃焼における（燃料／Ｏ２）理論比）で表される当量比、断熱火炎温度、及び排ガスの各成分のモル分率がそれぞれ変化する。
【００２４】
本実施形態では、火炎温度が１７００Ｋ以上、かつ、ＣＯ２／ＣＯ中のＣＯ濃度が８０％以上となるような燃料過濃条件下での燃焼が好ましい。そのため、投入されるＯ２に対する燃料Ｆの投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下、すなわち、上記当量比が、１．７以上、かつ２．４以下となるように調整する。このときの反応式は、
ゴミ＋Ｏ２→ＣＯ＋溶融金属＋Ｈ２Ｏ＋Ｈ２・・・式（１）
となる。
【００２５】
冷却工程（Ｓ０３）は、焼却部３から排出された排ガスを冷却部５にて冷却してＨ２Ｏを液化して排出する。Ｈ２分離工程（Ｓ０４）は、Ｈ２Ｏが分離された排ガスからＨ２分離部６にてＨ２をさらに分離して除去する。これによって、ＣＯ２／ＣＯ中のＣＯ濃度は９０％以上となる。Ｆｅ抽出工程（Ｓ０５）は、焼却工程（Ｓ０２）にて溶融された溶融金属からＦｅ抽出部７にてＦｅ微粒子を抽出する。
【００２６】
触媒生成工程（Ｓ０６）は、Ｈ２分離部６から排出されたＣＯと、Ｆｅ抽出部７から抽出されたＦｅ微粒子とを６００Ｋ〜９００Ｋの温度環境下で反応させて、Ｆｅ３Ｃを生成する。このときの反応式は、
１５／４Ｆｅ＋ＣＯ→１／４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｆｅ３Ｃ・・・式（２）
となる。なお、Ｆｅ３Ｃが所定量を超えた場合には、所定量以下となるまで本工程を一時停止してもよい。
【００２７】
反応工程（Ｓ０７）は、Ｈ２分離部６から排出されたＣＯと生成されたＦｅ３Ｃとを６００Ｋ〜９００Ｋの温度環境下で反応させる。このときの反応式は、
ＣＯ＋Ｆｅ３Ｃ→１／２ＣＯ２＋１／２Ｃ＋Ｆｅ３Ｃ・・・式（３）
となる。
【００２８】
こうして投入されたＣＯのうち、半分がＣＯ２として大気中に放出される一方、残りの半分が固定化される。
この焼却炉１及び焼却方法によれば、Ｆｅ微粒子とＣＯとの反応により生じるＦｅ３Ｃを触媒として、１モルのＣＯから１／２モルのＣＯ２と１／２モルのＣとを生成することができる。したがって、ゴミＧを燃焼させた際に、ゴミＧに含まれるＣの一部を固定化することができ、Ｆｅの量に限定されずに燃焼により発生するＣＯ２量を抑えることができる。
【００２９】
特に、投入されるＯ２に対する燃料Ｆの投入量が、完全燃焼の際の１．７倍以上、かつ２．４倍以下である。そのため、ＣＯ２／ＣＯ中のＣＯ濃度を８０％以上に高めることができ、その後の反応を好適に進めることができる。
【００３０】
また、触媒Ｆｅ３Ｃを生成するためのＦｅ微粒子をゴミＧから生じる溶融金属から取り出すので、製鉄事業者等からＦｅの供給を別途受ける必要なくＣＯ２量を抑えることができる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、ゴミＧからＦｅ微粒子を抽出しているが、これに限らず、別の手段によってＦｅ微粒子を供給してもよい。
【００３２】
また、触媒生成部８及び反応部１０、並びに触媒生成工程（Ｓ０６）及び反応工程（Ｓ０７）を別々としているが、触媒生成部８及び反応部１０とが一体に、また、触媒生成工程（Ｓ０６）及び反応工程（Ｓ０７）とが一連の工程であっても構わない。
【実施例１】
【００３３】
本実施形態に係る焼却炉１及び焼却方法により、実際にゴミＧを燃焼させた。生成された生成物を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、Ｘ線解析によって物質特定した結果を図５から図１０に示す。これら図に示すように、Ｃが固定化されていることがわかった。
【００３４】
なお、固定化されたＣは、図１１から図１４に示すように、カーボンンナノチューブを形成していることがわかった。
【符号の説明】
【００３５】
１  焼却炉（ＣＯ２低排出型燃焼）
２  Ｏ２製造部
３  焼却部
５  冷却部
６  Ｈ２分離部
７  Ｆｅ抽出部
８  触媒生成部
１０  反応部
Ｇ  ゴミ（燃焼物）
Ｆ  燃料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010203630.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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