(57)【要約】【課題】簡単な構成で炭酸ガスを完全処理できる炭酸ガス処理装置を提供する。【解決手段】密閉された反応セル１内にＮａＯＨ、Ｋ2ＴｉＯ3等のアルカリ金属と酸素からなる化合物を反応剤として収納し、前記反応セル１を１５０℃以上に加熱して炭酸ガスを反応セル１の一方側からその中に供給して炭酸ナトリウムと水素に変え、反応セル１の他方側から水素を排出するとともに反応セル１内に炭酸ナトリウムを堆積させ、比較的低温で、しかも簡単な構成で炭酸ガスを処理して水素と炭酸ナトリウムを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスの入口と水素の出口とを備えた密閉ケーシングと、この密閉ケーシング内に収納された反応剤と、前記密閉ケーシングと反応剤を加熱する加熱装置とからなり、
前記密閉ケーシングはステンレス材又は鉄材からなり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物からなり、前記密閉ケーシングの反応空間は加熱装置により１５０℃以上に加熱され炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断するようにした炭酸ガス処理装置。
【請求項２】
炭酸ガスの入口と水素の出口とを備えた密閉ケーシングと、この密閉ケーシング内に収納された反応剤と、この反応剤に接触して金属元素を供給する金属元素供給体と、前記金属元素供給体と反応剤を加熱する加熱装置とからなり、前記密閉ケーシングは少なくともセラミック、ニッケル、内壁にニッケルメッキを施した材料のうちの一つからなり、前記金属元素供給体はステンレス材又は鉄材からなり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物からなり、前記密閉ケーシングの反応空間は加熱装置により１５０℃以上に加熱され炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断する炭酸ガス処理装置。
【請求項３】
前記反応剤は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、チタン酸カリウム及びチタン酸ナトリウムのうち、少なくとも一つである請求項１又は２記載の炭酸ガス処理装置。
【請求項４】
密閉ケーシング内に反応剤としてのアルカリ金属と酸素を含む化合物を収納し、密閉ケーシングと反応剤を加熱しつつ反応剤を密閉ケーシングの内壁及び密閉ケーシング内に収納した金属元素供給体のうち、少なくとも一方に接触せしめ、この雰囲気内に炭酸ガスを供給して炭酸ガスを分解するようにした炭酸ガスの処理方法。
【請求項５】
前記密閉ケーシング及び反応剤を１５０℃以上に加熱して炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断する請求項４記載の炭酸ガスの処理方法。
【請求項６】
前記密閉ケーシング内を減圧しながら、所定時間加熱した後に、減圧しながら炭酸ガスを供給するようにした請求項４記載の炭酸ガスの処理方法。
【請求項７】
前記炭酸ガスは、燃料を燃焼した排気ガスの中に含まれ、排気ガスを密閉ケーシング内に供給してその中の炭酸ガスを主として一酸化炭素に改質させるようにした請求項４記載の炭酸ガスの処理方法。
【請求項８】
炭酸ガスを含む排気ガスを処理した一酸化炭素を主成分とする混合ガスを燃料装置に送る請求項７記載の炭酸ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応剤を使用して炭酸ガスを有用な物質に改質するための炭酸ガスの処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の原因の一つに炭酸ガスの排出が挙げられるが、炭酸ガスを大気中から回収する回収技術として、炭酸ガスを圧縮液化して空気中の酸素、窒素と分離する深冷分離法、あるいは、セルロース、アセテート等の多孔質の高分子膜に混合ガスを透過させ、透過速度の差を利用して二酸化炭素を分離する方法が知られている。
【０００３】
また、製鉄所等での転炉や溶融還元炉において発生する炭酸ガス含有高温廃棄ガスからこの排気ガスの持つ顕熱を利用して炭酸ガスの分解を行わせると同時に分解反応物質の還元を行う技術も知られている。
【０００４】
また、本件出願の発明者は、国際特許出願の国際公開ＷＯ２０１２／０１１４９９の図２６において、ステンレスの反応セル内に水酸化ナトリウムを収納し、炭酸ガスと水蒸気を反応セル内に供給して有毒ガスを分解するということを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８２６１１号
【特許文献２】国際公開第２０１２−０１１４９９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記深冷分離法においては、装置が大掛かりとなるばかりでなく、炭酸ガスの圧縮液化に多くのエネルギーを要する。また、膜分離法においては、装置が小型化でき操作が簡便であるが、その分離性能が十分でない。
【０００７】
更に、特許文献１の技術は、炭酸ガス中の酸素原子と反応する還元物質と、炭酸ガスの分解反応を促進する分解反応物質とが共存する状態に保持するために種々の条件が必要となり、また装置の操作も難しい。
【０００８】
また、前記特許文献２の炭酸ガスの分解においては、水蒸気の分解と同時に炭酸ガスの分解を行うことが開示されているのみで、その時の必要条件については何ら開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明の炭酸ガス処理装置においては、炭酸ガスの入口と水素の出口とを備えた密閉ケーシングと、この密閉ケーシング内に収納された反応剤と、前記密閉ケーシングと反応剤を加熱する加熱装置とからなり、前記密閉ケーシングはステンレス材又は鉄材からなり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物からなり、前記密閉ケーシングの反応空間は加熱装置により１５０℃以上に加熱され炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断するようにした。
【００１０】
また、本発明の他の炭酸ガス処理装置においては、炭酸ガスの入口と水素の出口とを備えた密閉ケーシングと、この密閉ケーシング内に収納された反応剤と、この反応剤に接触して金属元素を供給する金属元素供給体と、前記金属元素供給体と反応剤を加熱する加熱装置とからなり、前記密閉ケーシングは少なくともセラミック、ニッケル、内壁にニッケルメッキを施した材料のうちの一つからなり、前記金属元素供給体はステンレス材又は鉄材からなり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物からなり、前記密閉ケーシングの反応空間は加熱装置により１５０℃以上に加熱され炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断するようにした。
【００１１】
前記反応剤は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、チタン酸カリウム及びチタン酸ナトリウムのうち、少なくとも一つであることが好ましい。
【００１２】
更に、本発明の炭酸ガスの処理方法においては、密閉ケーシング内に反応剤としてのアルカリ金属水酸化物を収納し、密閉ケーシングと反応剤を加熱して反応剤から微粒子を飛散させ、この微粒子を密閉ケーシングの内壁及び密閉ケーシング内に収納した金属元素供給体のうち、少なくとも一方に接触せしめた雰囲気内に炭酸ガスを供給して炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断するようにした。
【００１３】
更に、前記密閉ケーシング及び反応剤を１５０℃以上に加熱して炭酸ガスの炭素と酸素の結合を切断することが好ましい。
【００１４】
前記密閉ケーシング内を減圧しながら加熱して、所定時間経過後に減圧しながら炭酸ガスを供給するようにすることが好ましい。
【００１５】
前記炭酸ガスは、燃料を燃焼した排気ガスの中に含まれ、排気ガスを密閉ケーシング内に供給してその中の炭酸ガスを主として一酸化炭素に改質させるようにすることが好ましい。
【００１６】
また、前記炭酸ガスを含む排気ガスを処理した一酸化炭素を主成分とする混合ガスを燃料装置に送ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
炭酸ガスのＣ＝Ｏ結合は、１モル当たり７４０ＫＪであり、水のＯ−Ｈ結合の１モル当たり４６４ＫＪに比較して著しく大きく、Ｃ＝Ｏ結合を切断するのは一般的に非常に困難である。しかしながら、ステンレス材又は鉄材のケーシング内に、アルカリ金属水酸化物を収納しステンレス材又は鉄材の表面に特殊酸化膜を形成した。更に、密閉ケーシング内の反応空間を１５０℃以上に加熱して、そこに炭酸ガスを供給すれば、強固なＣ＝Ｏ結合が瞬時に切断され炭酸ガスが完全に処理される。この時、炭酸ガスのみを供給すればよく、特に水を供給する必要はなく、水が分解するときの衝撃力を利用することなく炭酸ガスは処理され、ケーシングの出口からは、主として水素ガスが排出され、ケーシング内には炭酸化合物が出現し、特に密閉ケーシング内を減圧しながら、特殊酸化物を生成し、減圧状態で炭酸ガスを処理すれば、炭酸ガスの処理量が常圧処理より著しく増大する。また、炭酸ガスのみ供給する方が反応剤の寿命が著しく長くなる。
【００１８】
更に、燃焼炉の排気ガスから炭酸ガスのみを分離することなく、排気ガスをそのままセル内に供給してもその中の炭酸ガスは分解されて主として一酸化炭素又は他の炭化水素、水素に改質されるので、この混合ガスをそのまま燃焼炉のバーナに送れば、再び燃焼して排気ガスとなり、循環させることができ、排気ガスの一部をこのように循環させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の炭酸ガス処理装置の概略構成図である。
【図２】図１の炭酸ガス処理装置の反応セルの横断面図である。
【図３】反応セルの加熱当初の内壁状態説明図である。
【図４】反応セルの所定時間加熱後の内壁状態説明図である。
【図５】本発明の炭酸ガス処理装置を焼却炉に組み込んだ場合の構成図である。
【図６】本発明の炭酸ガス処理装置の実用化する場合の反応セルの概略構成図である。
【図７】図６の反応セル内に収納される反応剤受けの斜視図である。
【図８】図７の反応剤受け内に支持される金属元素供給体の斜視図である。
【図９】温度降下する実験装置の概略図である。
【図１０】温度降下の測定グラフである。
【図１１】素材別ＣＯ2処理能力を示すグラフである。
【図１２】プロパンガスの燃焼ガスの質量分析器による分析グラフである。
【図１３】プロパンガスの燃焼ガスの処理後の質量分析器による分析グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。
【００２１】
図１において、本発明の炭酸ガス処理装置Ｍは、円筒形の反応セル１を有し、この反応セル１内に反応剤２が収納されるとともに反応セル１の一端部には、炭酸ガス（ＣＯ2）
の入口パイプ３が立設され、その他端部には、水素の出口パイプ４が垂設され、反応セル１の下面は加熱装置としてのガスバーナ５により加熱される。
【００２２】
前記反応セル１は、ステンレス材又は鉄材により形成され、特にオーステナイト系のＳＵＳ３０４（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−残Ｆｅ）、ＳＵＳ３１６（１８％Ｃｒ−２．５％Ｎｉ−１％以下Ｍｏ−残Ｆｅ）が好ましく、フェライト系のＮｉを含まないＳＵＳ４３０（１８％Ｃｒ−残Ｆｅ）は使用可能ではあるが、オーステナイト系よりも劣る。鉄材としては、実際は炭素を若干含んだ鋼（０．０８〜２．０％）が使用される。
【００２３】
また、反応剤としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ金属水酸化物が好ましく、これらが混合されてもよい。このアルカリ金属水酸化物の融点は３００〜３５０℃の範囲にあり、これらの温度以上に加熱されると液化して溶融塩となり、その表面からはナノオーダーの微粒子Ｐが飛び出して反応空間Ｓを形成している。
【００２４】
また、反応剤としては、アルカリ金属と遷移金属と酸素を含むチタン酸カリウム（Ｋ2ＴｉＯ3）、チタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）、クロム酸カリウム（Ｋ2Ｃｒ5Ｏ7）、クロム酸ナトリウム（Ｎａ2Ｃ5Ｏ7）等でもよいが、その能力はアルカリ金属水酸化物より劣っており、セラミックでは全く反応しない。この反応剤は５００℃以上に加熱しても固体であり、溶融塩は形成しないが、その表面からは溶融塩と同様にナノオーダーの微粒子が飛び出して反応空間Ｓを形成している。
【００２５】
炭酸ガスを処理するためには、反応セル１を先ず５００℃以上に加熱して反応セル１の内壁に高次機能酸化膜ｌを作る必要があり、この酸化膜ｌは、反応剤として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を使用した場合には、ＮａxＦｅyＯzが生成され、具体的には、Ｎａ4ＦｅＯ3又はＮａ5ＦｅＯ4が生成される。一旦特殊酸化物を生成させた後は、３００℃で十
分に炭酸ガスを処理できる。なお、特殊酸化膜を形成するときには、水を所定量注入しながら常圧又は減圧で形成してもよく、特に減圧の場合には、加熱するのみで水を供給することなく能力の高い特殊酸化膜が形成される。常圧で特殊酸化膜を形成した後に、減圧で炭酸ガスを供給してもよい。
【００２６】
前記反応セル１を５００℃以上に５時間以上加熱すると、図３に示すように反応セル１の内壁１ａには、前記酸化膜ｌが形成され、この膜形成後は、３００℃〜５００℃で炭酸ガスがセル内に長期間供給されると、図２，４に示すように複数層の酸化膜ｌ1、ｌ2が形成されるとともに、反応セルの底には、ＮａＯＨを使用した場合には、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）が、ＫＯＨを使用した場合には、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）が堆積する。なお、酸化膜ｌは、一定厚（１ｍｍ前後）になると、図４に示すように内壁１ａから剥離して、酸化膜ｌ2となり、その内側に新しい酸化膜ｌ1が形成される。これら酸化膜ｌからは、溶融塩の表面と同様に微細な粒子が飛び出している。なお、出口パイプ４からは、供給される炭酸ガスの量が一定以下（能力以下）の場合には、ほぼ水素のみが排出される。
【００２７】
＜実験＞
＜１＞前記反応セル１を５５０℃程度で水を注入しながら常圧で５時間加熱した後に、常温に戻し、以下の各温度で炭酸ガスをセル内に供給して発生ガスを質量分析した。なお、反応セル１の内径は９８ｍｍで長さは１２０ｃｍであり、セルの材質はＳＵＳ３０４であり、各温度において、真空ポンプで出口パイプ４からセル内のガスをすべて排出した後に、炭酸ガスをセル内に炭酸ガスボンベから供給して、反応セル１内を通過させて、出口パイプ４から出る気体をアルミパックに採集して質量分析装置によってガス存在比（％）を測定した。なお、測定温度は、常温、９０℃、１３０℃、１５０℃、２１０℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃であり、測定結果は以下の通りであるが、各表の質量数は、以下の通りのイオンを意味するものと思われる。
【００２８】
２…Ｈ2+
３…トリチウム、ヘリウム３
１２…Ｃ+
１４…Ｎ2+
１６…Ｏ+
１８…Ｈ2Ｏ+
２７…Ｃ2Ｈ3+
２８…Ｎ2+、ＣＯ+
３２…Ｏ2+
４４…ＣＯ2+
【００２９】
（１）使用ＣＯ2成分（ボンベ内の生ガス）
【表１】
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【００３０】
（２）常温（８．５℃）
【表２】
2014205602.tif 000004
【００３１】
（３）９０℃
【表３】
2014205602.tif 000005
【００３２】
（４）１３０℃
【表４】
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【００３３】
（５）１５０℃
【表５】
2014205602.tif 000007
【００３４】
（６）２１０℃
【表６】
2014205602.tif 000008
【００３５】
（７）２５０℃
【表７】
2014205602.tif 000009
【００３６】
（８）３００℃
【表８】
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【００３７】
（９）３５０℃
【表９】
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【００３８】
（１０）４００℃
【表１０】
2014205602.tif 000012
【００３９】
（１１）４５０℃
【表１１】
2014205602.tif 000013
【００４０】
（１２）５００℃
【表１２】
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【００４１】
＜２＞次に、セルの素材別の処理能力を判断するために、セラミック（１）、ＳＵＳ３０４（２）、鉄（３）、ＳＵＳ４３０（４）、ＳＵＳ３１６（５）、ニッケル（６）でセルを形成し、反応剤としてＮａＯＨを各セル内に入れ、５００℃以上に加熱したときの質量分析器の各質量に対する原子比を棒グラフで図１１に示す。
【００４２】
これによれば、セラミックの場合には、生ガスの成分とほぼ同一で全くＣＯ２を処理できず、オーステナイト系のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６では、ＣＯ2（質量４４）はほぼ
完全に消滅し、全体が水素に代わっており、フェライト系のＳＵＳ４３０は、使用可能であるが、オーステナイト系には及ばず、ニッケル、鉄の場合にはＣＯ2が多く残っている
。
【００４３】
＜３＞次に、ＳＵＳ３０４のセル内に、ＮａＯＨの反応剤を２モル入れ、減圧（−０．１Ｍｐａ）下に１０時間程度、６５０℃で単に加熱すると（水は入れない）、水素が２２．３９ｌ排出された。その後、減圧下のまま、ＣＯ2を３日間に亘って３１回注入した時
の実験結果を表１３に示す。
【表１３】
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【００４４】
表１３において、１０回目、１５回目、１８回目、３１回目のガス成分を質量分析器で分析し、水素（質量２）、一酸化炭素（質量２８）、炭酸ガス(質量４４）のガス比率を
求めたところ、表１４のような結果となった。
【表１４】
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【００４５】
回数が増えるに従って、水素の比率は減少し（処理能力の減少）、ＣＯの比率が増大し、ＣＯ２比率は最大５２．２％であり、３１回目でもＣＯ２は４１％であり、ＣＯ２の処理はしているものと言える。
【００４６】
＜考察＞
市販されている炭酸ガス（生ガス）を質量分析装置で分析するとＣＯ2+イオンの他にＣＯ+及びＯ+イオンが検出され（表１）、反応セル１を５００℃に加熱して十分に特殊酸化膜を形成し、常温（冬８．５℃）で炭酸ガスを反応セル１内に注入したら、ＣＯ+イオンが生ガスより増大した。これは常温においても反応セル１内では若干のＣ＝Ｏ結合を切断する作用が働くものと思料される。反応セル１の加熱温度の上昇とともにＣＯ2の反応が進み、水素（Ｈ2)の収量が増大し、特に１５０℃では、Ｈ2が２２．６％ととなり、これとともにＣＯ2が４９．７３％に減少する。したがって、１５０℃の加熱温度がＣＯ2の実質的分解可能温度と言える。すなわち、Ｃ＝Ｏ結合を実質的に切断できる７４０ＫＪ／ｍｏｌのエネルギーが反応セル１の約１５０℃の加熱により与えられることとなる。存在するＣＯ2のＣ＝Ｏ結合をほぼ完璧に切断できる温度は３００℃であり、この時ＣＯ2+の値は０．１８％でＨ2+の値は９０．６５％であり、ＣＯ+の値が５．２３％で他の質量のものは、ほぼ無視できる程小さい。したがって、実際に使用する場合においては、３００℃に反応セル１を加熱するのが好ましい。５００℃の温度においては、ＣＯ2が完全に処理されて水素（Ｈ2）が増大するとともに、ＣＯ+成分も減少する。
【００４７】
この主たる反応は、
２ＮａＯＨ＋ＣＯ２→ＮａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ      ・・・（１）
Ｆｅ(Ｃｒ)＋ＮａＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＮａＦｅ(Ｃｒ)Ｏ２＋１．５Ｈ２ 
・・・（２）
（１）と（２）を統合すると、
３ＮａＯＨ＋Ｆｅ(Ｃｒ)＋ＣＯ２→Ｎａ２ＣＯ３＋ＮａＦｅ(Ｃｒ)Ｏ２＋１．５Ｈ２                                                                      ・・・（３）
となり、３モルのＮａＯＨに対して１モルのＣＯ２とＦｅ又はＣｒが反応し、１モルのＮａ２ＣＯ３とＮａＦｅ（Ｃｒ）Ｏ２が生成し、１．５モルの水素が採集される。Ｈ２Ｏは中間物質である。この反応は単にＮａＯＨとＣＯ２とを接触させたのでは生ぜず、オーステナイト系のニッケルを含むステンレス材が最適である。すなわち、図１１に示すように(質量分析器の棒グラフ）、セラミックのセル内にカセイソーダを入れ加熱したのみでは（１）の反応は全く生ぜず、鉄及びニッケルのセルでは余り好ましくなく（（３）、（６））、ＣＯ２は完全には消滅せず、ＣＯ２が多く残っている。オーステナイト系のＳＵＳ３０４、及びＳＵＳ３１６ではＣＯ２がすべて消滅し（（２）、（５））、水素が９０％以上占めているが、ＳＵＳ４３０（Ｃｒ-Ｆｅ）（４）のように、Ｎｉを含まないフェライト系のステンレス材ではＣＯ２が、かなり残って消滅しない。この傾向は水（Ｈ２Ｏ)を処理する場合も同様である。すなわち、水を分解する場合にもＳＵＳ３０４が最適である。
【００４８】
また、前記表１３の場合においては、準備段階の減圧下の加熱において、セル内のＮａＯＨのＨ成分は全て排出された後に、ＣＯ２をセル内に流入させると、水素が発生しているが、この場合の反応は、準備段階の加熱において、ＮａＯＨが分解し、
ＮａＯＨ→Ｎａ＋＋Ｏ２−＋Ｈ＋↑      ・・・（４）
となり、ＯＨ結合が切断し、Ｈはセル外に流出し、ＮａはＯとともにセル内壁で前記特殊酸化膜を作り、ＣＯ２を注入すると、その機能によりＣＯ２は吸収され処理されてＨ２、ＣＯを生成する。なお、減圧下のＣＯ２処理においては、２モルのＮａＯＨが３１回の処理で総計２３．８２０ｌ（リットル）のＣＯ２を処理し、１０．４８ｌの流体（ＣＯ、Ｈ２等）を排出している。２モルのＮａＯＨは、この１／３モルのＣＯ２しか（１４．９ｌ）処理できないが、理論値をはるかに越えてＣＯ２を処理しているばかりでなく、水素が生成されている。
【００４９】
この現象について本件発明者は以下のように考えている。
【００５０】
本件発明者は５年間、前記反応剤の実験を重ねて来ており、この間マテリアルバランスが酸素について常に不足していることを認識しており、しかも反応セル１内にチタン酸カリウム（Ｋ2ＴｉＯ3）を入れ、単純に５００℃以上に加熱するのみで（水は不要）水素が発生することも認識している。例えば、一例をあげれば表１５のようになる。
【００５１】
【表１５】
2014205602.tif 000017
【００５２】
この場合、水素は５０％以上であり、酸素は少なく、他の種々の気体が発生していることが判る。
【００５３】
更に、図９に示すような構成において、雰囲気内の圧力が変化すると急激な温度降下が発生することも認識している。すなわち、図９において、ヒータＨによって加熱されるＳＵＳ３０４の容器５０内には、ニッケル台５１上にセラミック製のるつぼ５２が載置され、このるつぼ５２内に反応剤としてのＮａＯＨ５３がステンレス（ＳＵＳ３０４）の小片５４とともに収納されている。前記ニッケル台５１の近傍にはニッケル片５５が置かれ、このニッケル片５５上に水管５６が伸びており、容器５０の上面からは水素管５７が伸び、この水素管５７にはバルブ５８が設けられ、水素管５７は真空ポンプ５９迄伸びている。この真空ポンプ５９により容器５０は常に減圧され、水管５６により、所定量の水が供給され、水素が発生するとバルブ５８を開いて水素を排出する。この排出終了後にバルブ５８を閉じると、時として温度計６０で測定される反応空間Ｓの温度が２５０℃以上急降下し、急激に元の温度に復帰しようとする（図１０）。この場合もナノオーダーのＮａＯＨの微粒子が反応空間内に飛散しているが、この微粒子がステンレス元素の雰囲気内で水分子と衝突して水素が発生する。
【００５４】
このような種々の減少を総合的に鑑みると、酸素の一部が崩壊して水素が発生するとともに急激な温度低下が起きるものと思料できる。すなわち、ＣＯ2内の一部の酸素は核分裂して水素が発生するものと思われる。この時、著しい吸熱が起きるはずであるが、この点に関しては、図１０示す現象が起きているはずであるが、分裂した酸素の原子核のプロトンは、他の元素と融合して発熱し、吸熱と発熱が瞬時に生じてバランスし、外部には把えられないものと思われる。
【００５５】
そこで、炭酸ガスの代わりに、プロパンガス（Ｃ3Ｈ8）を反応セル１内に４３７℃で供給したら、殆ど分解せずに、プロパンの生ガス成分（表１６）に若干の変化（表１７）は見られるものの分解は起きていないものと思われる。
【００５６】
【表１６】
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【００５７】
【表１７】
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【００５８】
なお、反応後の採集ガス内に水素が１１．８％含まれているが、反応セル１内は水を供給することなく加熱するのみで水素が発生するので、その水素が混合しているのであって、プロパンガスが分解して水素に変化したものでない。プロパンガスのＣ−Ｈ結合エネルギーは、４１４ＫＪ／ｍｏｌであり、ＣＯ2のＣ＝Ｏ結合エネルギー（７４０ＫＪ／ｍｏｌ）より小さいが、プロパンガスは酸素がないために分解できないものと思われる。
【００５９】
次に、実用化装置について説明する。
【００６０】
図５において、本発明の炭酸ガス処理装置を焼却炉システムＳに適用した場合について説明する。
【００６１】
前記焼却炉システムＳは、焼却炉１０を有し、この焼却炉１０で発生した熱風はダクト１１を経てボイラ１２に送られ、このボイラ１２で発生した水蒸気は蒸気タービンに送られる。前記ボイラ１２にから出た熱風は減温塔１３で減温されて２００℃程度になり、集じん装置１４に送られ、次いで炭酸ガス分離装置１５で空気（Ｎ2、Ｏ2）と炭酸ガスに分離される。前記炭酸ガス分離装置１５は、たとえば公知の分離膜１５ａを収納したものであり、分離膜１５ａは、ガスの透過速度の差を利用して空気と炭酸ガスとを分離するものである。
【００６２】
ここで分離された炭酸ガスは、本発明の炭酸ガス処理装置１６に送られる。この装置１６はケーシング１７を有し、このケーシング１７に図６に示すように反応セル１８が複数個配設され、反応セル１８の両端部分は、ケーシング１７外に突出している。前記ケーシング１７の底部には、前記ボイラ１２からの水蒸気の一部が経路ｌpを介して供給され、この水蒸気により反応セル１８のケーシング内に位置している部分が加熱され、反応セル１８は反応が活発になる３００℃以上に加熱される。
【００６３】
前記反応セル１８は、カセット方式に形成され、反応セルの本体１９は、例えばニッケル材、ステンレス材の内面にニッケルメッキしたもの、あるいはセラミック材で形成され、本体１９は、ＮａＯＨ等の反応剤１２０とは反応しない材料で形成される。前記本体１９は、開閉蓋２０により開閉自在とされ、例えば、フェルール２１により、開閉蓋２０がワンタッチに着脱自在とされている。前記本体１９の開閉蓋２０側の突出部には、ＣＯ2管２２が設けられ、これとともに水供給管２３が設けられてもよい。前記炭酸ガス処理装置１５からの炭酸ガスは分岐されて各反応セル１８、ＣＯ2管２２に送られる。前記水供
給管２３は必ずしも必要ではなく、一時的に多量の水素が必要な場合に、図５の水タンク２５からの水が所定量送られる。なお、水の分解は炭酸ガスの分解より負荷が大きく、反応セル１８の温度も５００℃以上に加熱する必要があり、通常は水は供給されない。一方、反対側の反応セル１８の突出部には、水素管２４が取り付けられ、このように低温の突出部に配管したのは、その管内に反応剤の微粒子が詰まらないようにするとともに、各管の溶接部が反応剤と炭酸ガスとの反応により傷まないようにするためである。前記水素管２４からの水素は、焼却炉１０の水素と天然ガスとのハイブリッドバーナ５０（燃焼装置）に送られる。
【００６４】
前記反応セルの本体１９の中央加熱部分には、反応剤を受けるための樋形の反応剤受け３０が取出し可能に収納され、この反応剤受け３０はその端板から突出する位置決めバー３１によって本体１９の加熱部分に位置決めされている。
【００６５】
前記反応剤受け３０内には、金属元素供給体としてのフィン箱３１が設けられ、このフィン箱３１は、反応剤１２０が自由に動けるように、多数の開口Ｏ、Ｏ…Ｏが開けられている。前記反応剤受け３０およびフィン箱３１は、例えばＳＵＳ３０４で形成され、反応剤１２０は、反応セルの本体１９の内壁とは反応せずに反応剤受け３０およびフィン箱３１と反応し、各々の金属壁には、前記酸化膜ｌが形成され、所定時間使用後に、前記本体の開閉蓋２０が開けられて、反応剤受け３０、反応剤１２０、フィン箱３１が新しいものに交換される。
【００６６】
前述のものは、燃焼ガスから炭酸ガスを分離し、この分離したものを処理する方法装置であるが、燃焼ガスそのものを炭酸ガス処理装置に供給してもよい。
【００６７】
図１２は、プロパンガスの燃焼ガスの質量分析器での質量分析グラフであり、質量２８、質量４４、質量１４、質量２の部分にピークがみられる。質量２８はＣＯ、空気中のＮ２ガスの混合と思われ、質量４４はＣＯ２、質量１４はＮ＋、質量２は水素ガスＨ２である。
【００６８】
この燃焼ガスを本発明のＣＯ２処理装置を通すと、図１３に示すように、ＣＯ２のピーク、質量３２の酸素ガス（Ｏ２）のピークは全く消え、質量２、質量１４のピークに変化は見られず、ＣＯの比率が増大している。したがって、燃焼ガス中のＣＯ２はＣＯに改質されるので、このＣＯを主成分とする混合ガスをガスバーナ(燃焼装置）に戻せば、再び燃焼してＣＯ２となり、このＣＯ２を再び本装置によりＣＯに改質すれば、燃料の節約となる。
【００６９】
今、ＬＮＧ（ＣＨ４）の燃焼を考えると、燃焼時に発生する熱量は、
ＣＨ４＋２ＣＯ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋２０９．７ｋｃａｌ      ・・・（５）
ＣＯの再燃焼で発生する熱量は、
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２＋６７．７ｋｃａｌ      ・・・（６）
となり、ＣＯの再燃焼によりＣＨ４燃焼時の約１／３の熱量を補うことが可能となる。
【００７０】
なお、図１に示した反応セル１内に、ＣＯ２の代わりに水を供給した場合に、この水から水素（Ｈ２）を採集することが可能であるが、この場合には、反応セル１をガスバーナ５（電気ヒータでもよい）によって５００〜６００℃に加熱する必要がある。この水内に例えば放射性物質（ＣＳ、Ｉ）の微粒子が混入している場合には、図３、４に示す高次機能酸化膜ｌは、吸着性を有しているので、放射性物質が高次機能酸化膜ｌに捕捉されるとともに水素ガスのみを外部に放出でき放射性物質の固定化が可能となるばかりでなく、酸素の崩壊時に放射性物質の一部が非放射性物質に変化し、放射能の濃度を減少させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の炭酸ガス処理装置は、焼却炉、火力発電所、大型ボイラー等の排気部分に取付けられて炭酸ガスを完全に処理する。
【符号の説明】
【００７２】
１…反応セル
２…反応剤
４…出口パイプ
１０…焼却炉
１５…炭酸ガス処理装置
１６…炭酸ガス処理装置
１７…ケーシング
２２…ＣＯ2管
２４…水素管
３０…反応剤受け
５０…ハイブリッドバーナ
【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】
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【図１３】
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