(57)【要約】石灰石から二酸化炭素を製造するための装置は、電力を発電するように配置された核エネルギー源（３２）とロータリーキルン（１０）とを含んでいる。ロータリーキルン（１０）は石灰石を導入するための注入口（１５）と二酸化炭素を放出するための排出口（１９）を有している。ロータリーキルン（１０）内に配置された電気抵抗加熱素子（２１）は、ロータリーキルンの内部へ熱を伝達するために加熱素子（２１）の温度を上昇させるために、核エネルギー源（３２）から得られた電力が供給されるように配置されている。それにより、ロータリーキルン（１０）内の石灰石は、二酸化炭素を放出するのに十分な温度まで加熱される。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石から二酸化炭素を製造する装置であって、
電力を発電するように構成された核エネルギー源と、石灰石の導入のための注入口及び二酸化炭素の放出のための排出口を有するロータリーキルンと、ロータリーキルン内に収納された石灰石を加熱するためにロータリーキルン内に配置された電気抵抗加熱素子と、を含み、核エネルギー源から得られる電力が供給されるように加熱素子が配置されている装置において、
石灰石から二酸化炭素が放出されるのに十分な程度までロータリーキルン内に収納された石灰石に熱を伝達するために、加熱素子の温度が上昇させられることを特徴とする装置。
【請求項２】
核エネルギー源が、軽水冷却炉、液体金属冷却型原子炉、ガス冷却炉、溶融塩原子炉、及び第4世代原子炉のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
核エネルギー源は、蒸気を発生させるために水を加熱し、発電機を駆動するタービンに動力を与えるために蒸気を利用することにより、間接的に電力を発電するように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ロータリーキルンが、石灰石のための外側の回転ベッセルと、外側の回転ベッセル内の石灰石に熱を伝達するための加熱素子が中に備えられている静止した内部チャンバーと、を含んでいることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
ロータリーキルンから排出された高温の生石灰から熱を回収する熱回収手段を含んでいることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
熱回収手段が、高温の生石灰の上に空気を吹き付け、生石灰から空気へ熱を伝達させる手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ロータリーキルンへ石灰石を導入する前に石灰石を加熱するための予加熱器を含んでいることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
熱を予加熱器に供給するために、予加熱器が熱回収手段に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
石灰石から二酸化炭素を製造する方法であって、
ａ）核エネルギー源から得られる電力を使用して、ロータリーキルン内の温度を上昇させるために、ロータリーキルン内に配置された電気抵抗加熱素子を加熱し、
ｂ）加熱素子によって加熱されるように、ロータリーキルンへの注入口を通してロータリーキルン内に石灰石を導入し、
ｃ）長手軸のまわりに回転するようにロータリーキルンを操作し、
ｄ）ロータリーキルンからの排出口を通して、石灰石から放出される二酸化炭素を回収する、
手順を含む方法において、
加熱素子から石灰石へ伝達された熱とロータリーキルンの回転が、石灰石の焼成を生じさせ、二酸化炭素を製造することを特徴とする方法。
【請求項１０】
軽水冷却炉、液体金属冷却型原子炉、ガス冷却炉、溶融塩原子炉、及び第4世代原子炉のうちの少なくとも１つが核エネルギー源として用いられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
核エネルギー源は直接的にあるいは間接的に電力を発電し、そして、電力が、石灰石を加熱するために、ロータリーキルン内に配置された電気加熱素子に供給されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
核エネルギー源が蒸気を製造し、蒸気が、水素を製造するために、水素プラントに供給されることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
水素プラントが固体酸化物電解セル・プラントを含んでいることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
石灰石が、ロータリーキルン内に導入される前に、予加熱器によって加熱されることを特徴とする請求項９から１３までのいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
石灰石の焼成によって製造された生石灰はロータリーキルンの下端で収集され、そして、ロータリーキルンが静止している時に、石灰石の焼成によって製造された生石灰は、冷却するために熱回収手段へ放出されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
熱回収手段は空気を高温の生石灰の上に吹き付け、それによって、生石灰から空気へ熱を伝達することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
予加熱器は熱回収手段から熱を供給されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、石灰石から二酸化炭素を製造するための装置及び二酸化炭素の製造方法に関する。本発明は、特に、後続する合成燃料の製造のための二酸化炭素の製造に特定の用途を見出している。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料は、急速に枯渇している再生不可能なエネルギー源である。原油から製造される燃料の燃焼によって大量の温室効果ガスが生ずる。温室効果ガスによる気候変動への高まる懸念から、燃料の燃焼によってそして産業製造工程によって生じる大気汚染の量を低減する必要性がある。限られた数の油層のため、大量の石油を油層から消費地域へ輸送することが必要である。このような石油輸送は、輸送されている石油の燃焼から生ずる汚染に加えて、さらなる汚染を生み出す。
【０００３】
化石燃料の使用を低減し、化石燃料の燃焼によって生ずる汚染を削減するために、環境面で持続可能なエネルギー源の必要性が増している。二酸化炭素と水素を用いた合成燃料の製造工程は十分に確立されている。しかしながら、大気から二酸化炭素を直接に得ることは、高価であるばかりでなく、抽出工程においてさらなる汚染が生じるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、化石燃料の燃焼によって生ずる環境的被害に対処すること、そして、環境面で持続可能な、後続する合成燃料の製造のために用いることができる、石灰石から二酸化炭素を製造する装置と方法を提供することである。本発明は、環境及び気候変動に対する影響を少なくするために、合成燃料の製造により、エネルギー消費及び有害な放出物の製造を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第1の態様によれば、石灰石から二酸化炭素を製造する装置であって、電力を発電する核エネルギー源と、石灰石を導入するための注入口及び二酸化炭素を放出するための排出口を有するロータリーキルンと、ロータリーキルン内に収納される石灰石を加熱するためにロータリーキルン内に配置された電気抵抗加熱素子と、を含み、核エネルギー源から得られる電力が供給されるように加熱素子が配置されている装置において、石灰石から二酸化炭素が放出されるのに十分な程度までロータリーキルン内に収納された石灰石に熱を伝達するために、加熱素子の温度が上昇させられることを特徴とする装置が提供される。
【０００６】
本発明の第２の関連する態様によれば、石灰石から二酸化炭素を製造する方法であって、ａ）核エネルギー源から得られる電力を使用して、ロータリーキルン内の温度を上昇させるために、ロータリーキルン内に配置された電気抵抗加熱素子を加熱し、ｂ）加熱素子によって加熱されるように、ロータリーキルンへの注入口を通してロータリーキルン内に石灰石を導入し、ｃ）長手軸のまわりに回転するようにロータリーキルンを操作し、ｄ）ロータリーキルンからの排出口を通して、石灰石から放出される二酸化炭素を回収する、手順を含む方法において、加熱素子から石灰石へ伝達された熱とロータリーキルンの回転が、石灰石の焼成を生じさせ、二酸化炭素を製造することを特徴とする方法が提供される。
【０００７】
加熱による石灰石の焼成によって、二酸化炭素が放出され、生石灰が生成される。従来のロータリーキルンにおける石灰石の加熱は、環境的に持続可能ではない化石燃料の燃焼によって行われてきた。本発明の装置は、ロータリーキルン内で石灰石を加熱するために、核エネルギーによって生成された熱を使用することによって、この問題に対処している。石灰石から二酸化炭素を最も効率よく放出させるためにロータリーキルンに求められる熱は９００℃から９５０℃の辺りであるが、もちろんより低い温度でも二酸化炭素を放出させることができる。
【０００８】
核エネルギー源は、軽水冷却炉、液体金属冷却型原子炉、ガス冷却炉（ＧＣＲ）、溶融塩原子炉又は第4世代原子炉のような原子炉であるのが好ましい。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）、増殖炉、高温ガス冷却炉、ペブルベッド炉（ＰＢＲ）、又はロシア型加圧水型原子炉（ＰＷＲ−ＶＶＥＲ）、カナダ重水素ウラン原子炉（ＣＡＮＤＵ炉）、Ｄ２Ｏ加圧水型原子炉、改良型ガス冷却炉（ＡＧＲ）、高温ヘリウム冷却炉、軽水冷却黒鉛減速炉（ＬＷＧＲ）、トリウム燃料原子炉及び／又はトリウム二元燃料原子炉を含む他のタイプの原子炉を使用することもできるが、これらに限定はされない。
【０００９】
ロータリーキルン内に配置された電気抵抗加熱素子は電動であり、そして、核エネルギー源が電力を発電し、ロータリーキルン内の温度を上昇させるために、該電力が適切な制御ユニットを通して加熱素子に供給される。好ましくは、核エネルギー源は、熱電効果を利用して直接的に電力を発電でき、そして、典型的には、熱電対、熱電対列、熱電子発電器又は類似の装置を含んでもよい。代わりに、核エネルギー源は、水を加熱して蒸気を発生させ、発電機を駆動するタービンに動力を与えるために該蒸気を利用することにより、間接的に電力を発電するように配置される。
【００１０】
上記の装置のいずれかを用いて、あるいは他の方法で、本発明で用いられる加熱素子は核エネルギー源からエネルギーを供給され、それにより、ロータリーキルン内の温度は、石灰石の焼成そして二酸化炭素の生成のために十分な温度まで上昇される。
【００１１】
好ましくは、ロータリーキルンは、石灰石を収納するための外側の一般的に円筒状のベッセルを含んでいて、このベッセルは、一般的に水平な軸のまわりに、あるいは、水平に対して小角度で傾斜した軸のまわりに、回転するように配置されている。加熱素子は、ベッセル内に実質的に同軸に配置された内部チャンバー内に配置されている。使用する時には、外側の回転ベッセルは静止した内部チャンバーのまわりに回転し、石灰石を高温の内部チャンバー上で混合し転回させて石灰石の焼成を生じさせる。
【００１２】
石灰石から二酸化炭素を製造するには、連続プロセスよりはむしろバッチ型プロセスのほうが好ましい。バッチ型プロセスによれば、回転ベッセルが静止した状態に保たれている間に、生石灰状の焼成された石灰石がロータリーキルンから排出され、新たな石灰石をロータリーキルンに追加することができる。適切な弁装置がロータリーキルン内への開口に備えられ、生石灰の排出と石灰石の導入を可能にする。
【００１３】
ロータリーキルンから排出された廃棄生石灰は大気から二酸化炭素を吸収する。生石灰は自動車の排ガスフィルター、道路あるいは二酸化炭素高汚染地域に沿って、使用される。さらにまたは代わりに、生石灰は、海岸堤防、岸壁等に用いられるモルタル状のスラブの製造に使用できる。生石灰は、特に水の中に置かれたときに、二酸化炭素の吸収が良くなり、そして、これは沿岸プロジェクトにおいて特に都合が良い。だから、本発明の二酸化炭素の製造方法は、カーボンニュートラル(carbon neutral)になる。このようにして、本発明は二酸化炭素隔離プラントとして使用することができ、これによって、ロータリーキルン内で石灰石を加熱した結果として生成された二酸化炭素は保存され、そして、結果として得られる生石灰は、上述のように、大気から二酸化炭素を吸収するのに用いられる。生石灰による二酸化炭素の吸収の結果として、ロータリーキルン内に再循環することができる石灰石が得られ、そして、結果として得られる二酸化炭素は隔離される。このようなサイクルによって、大気から二酸化炭素は累積的に除去される。
【００１４】
当該装置内で石灰石の焼成によって生成された生石灰は、排出時に比較的高温である。その熱を大気に逃がすよりはむしろ、ロータリーキルンから排出された高温の生石灰から熱を抽出するために熱回収手段を備えるのが好ましい。熱回収手段は高温の生石灰の上に空気を吹き付け、それにより、生石灰から空気へ熱を伝達させる手段を含んでいる。別法として、生石灰の上に空気を吹き付け、そして、該空気に流体・空気間の熱交換器を通過させることによって、生石灰から熱を抽出するように熱交換器が配置され、それにより、他の用途のための熱水を作り出すことができる。
【００１５】
ロータリーキルン内の急激な温度低下を防ぐために、ロータリーキルンに石灰石を導入する前に石灰石を加熱するための予加熱器を当該装置が含んでいるのが好ましい。生石灰の冷却の結果として得られる熱気又は熱水が供給されるように、予加熱器は熱回収手段に接続されているのが有利である。このようにして、熱回収手段によって生石灰から取り去られた熱を当該装置内に再循環することができる。
【００１６】
水素プラントは核エネルギー源から熱及び／又は蒸気を得ることができるので、全体の装置は二酸化炭素及び水素を生産する。そして、全体のシステムは、必要な化学成分である、二酸化炭素及び水素の両者を生産するので、合成燃料製造プラントの一部分として用いることができる。これらのガスは、サバティエ反応のような公知の方法を用いて合成燃料を生産するために、処理される。水素プラントは、固体酸化物電解セル (a solid oxide electrolysis cell (SOEC))プラントであってもよい。
【００１７】
本発明の装置に水素プラント及び合成燃料製造プラントを加えることで、本発明の方法は、メタノールやブタンのような燃料として使用するための合成ガスの製造を促進するために使用することができる。ブタンは、更なる処理を必要としないで、代替ガソリンとして使用できる。当該プロセスの間に当該装置によって生み出される高温及び高圧力は、合成燃料プラントにおいて用いられ、転換を促進する。
【００１８】
別法として、ロータリーキルンで生成された二酸化炭素は、持続可能な合成燃料を製造するために、水素プラントの使用を必要としない異なる方法を用いて処理される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の方法による石灰石から二酸化炭素を製造するためのロータリーキルンの概略断面図である。
【図２】合成燃料の製造のためのシステムの中に組み込まれた本発明のロータリーキルンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
単なる例として、本発明の装置の１つの実施例について、添付の図面を参照して、詳細に記載する。
【００２１】
図1を参照すると、ベッセル１１内に同軸に組み込まれた内部チャンバー１２を有する一般的に円筒状のベッセル１１を含むロータリーキルン１０が示されている。ベッセル１１は水平方向に間隔を置いて配置された3対のローラー１３によって支持され、ベッセルの軸は水平線に対してわずかに傾斜している。各対の少なくとも１つのローラーは、ベッセルを回転させる不図示のモーターを含んでいる。ロータリーキルン１０は、高くした端１４に、石灰石を導入するための注入口１５を有し、当該注入口には仕切り弁１６が備えられている。仕切り弁１８を備えた静止した注入ダクト１７も配置され、そして、ベッセル１１が回転されて、注入口１５が最高位置にある時に、注入口１５が注入ダクト１７に位置合せされる。位置合せされ、かつ２つの仕切り弁が開放されている時に、石灰石は注入ダクト１７から注入口１５へ通過し、そしてベッセル内に入ることができる。
【００２２】
ロータリーキルンの高くした端１４に、ベッセル内で生成された二酸化炭素のための排気管１９が設けてある。不図示の気体型ロータリー・ジョイントがベッセル１１と排気管１９との間に配置され、そして、不図示の弁が排気管１９内に備えられ二酸化炭素の放出を制御している。排気管１９は二酸化炭素をスクラバー２０（気体洗浄装置）へ送り、二酸化炭素を洗浄し、不要な排水を廃棄物として排出する。
【００２３】
ロータリーキルン１０の内部チャンバー１２は、ベッセル１１内での石灰石の転回に耐えることができるように補強されたステンレス鋼で形成されている。抵抗加熱素子２１が内部チャンバー１２内に配置され、電力供給ケーブル２２、２３は当該加熱素子に接続され、当該加熱素子及び不図示の外部制御ユニットへの電力供給ができるように電力供給ケーブル２２、２３には電気的、熱的、機械的な絶縁が備えられている。同様に、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）又は増殖炉のような原子力電源が当該制御ユニットに接続され、そして、当該加熱素子は原子力エネルギー源から電力が供給され、石灰石の焼成を生じさせるのに十分な温度までロータリーキルン内の温度を上昇させる。
【００２４】
ベッセル１１の下端２５にはドア２６が備えられ、注入口１５が注入ダクト１７と位置合せされる時に、ドア２６は排出ダクト２７と位置合せされ、ロータリーキルン内での石灰石の焼成によって生じた生石灰の除去を可能にする。ドア２６の下の排出ダクト２７内に、流体・空気間の熱交換器２８が、高温の生石灰の上に空気を吹き付けて熱交換器を通過している液体に熱を伝達することによって、ロータリーキルンから放出された生石灰を冷却するために配置されている。
【００２５】
予加熱器２９が注入ダクト１７に接続されており、ベッセル１１内に導入される前に石灰石を加熱するために配置されている。予加熱器２９は管３０によって流体・空気間の熱交換器２８に接続されており、熱交換機２８からの高温の液体は、ベッセル１１内に導入される前に石灰石を予加熱するために用いられる。
【００２６】
次に、図２において、ロータリーキルン１０を含む、合成燃料の製造装置の概略図が図示されている。核エネルギー源３２は電力を発電するように配置されている。不図示の制御システムは、内部チャンバー１２内の加熱素子２１への電力供給ケーブル２２、２３に沿った電力供給を制御する。さらに、当業者には周知の方法で水から水素を生産するために、水素プラント３３にも電力が供給される。この場合、水素プラント３３はＳＯＥＣ(solid oxide electrolysis cell)プラントであってもよい。ロータリーキルンの加熱素子２１に供給される電力と同様に、制御システムが水素プラント３３にも備えられている。
【００２７】
ロータリーキルン内での石灰石の加熱によって製造された二酸化炭素は合成燃料ガスプラント３４へ供給され、そして、水素プラント３３で製造された水素も合成燃料ガスプラント３４へ供給される。そこで、二酸化炭素と水素が、ブタンやプロパンのような合成燃料ガスを生産するために、熱と圧力を用いた周知のプロセスによって結合される。このようなプロセスは当業者には周知であり、このようなプロセスは本発明の一部を形成するものではない。したがって、このプロセスについては、ここではさらに詳細には記載しない。
【００２８】
原子炉は都合のよい形態とすることができ、熱電対、熱電対列、熱電子発電器又は類似の装置を用いた熱電作用によって直接的に電力を生産するように配置されるか、あるいは、発電機を駆動するタービンに動力を供給することにより電力を生産することに間接的に用いられる流体を加熱するように配置されている。
【００２９】
いずれの形態の原子炉を用いても、ロータリーキルン１０のベッセル１１内の温度は約９００℃の温度まで加熱されるべきであり、その温度において、石灰石から生石灰への高効率の変換が得られ、その結果として二酸化炭素が製造される。
【００３０】
新たな石灰石を導入するときに、ベッセル内の温度低下を最小化するために、石灰石は予加熱器２９を通してロータリーキルンのベッセル１１内に導入される。予加熱器２９には、前記のように、ロータリーキルン１０から事前に排出された生石灰の冷却により生じた熱が供給される。装置が不使用期間の後に始動する時には、予加熱器２９には、ロータリーキルン内の石灰石の加熱に用いられる核エネルギー源のような他の熱源から熱が供給される。
【００３１】
ロータリーキルン１０は、注入口１５が最高位置に到達して注入ダクト１７に位置合せされるように回転し、そして、仕切り弁１６及び１８が開くことによって、円筒状のベッセル１１への予加熱された石灰石の導入が可能になる。核エネルギー源によって発電された電力が加熱素子２１に供給されて石灰石を加熱している時に、仕切り弁は閉鎖されてベッセル１１が回転し、内部チャンバー１２のまわりを石灰石が転回する。石灰石の加熱によって石灰石の焼成が生じ、二酸化炭素が製造され、そして、二酸化炭素はベッセルから排気管１９を通って回収される。スクラバー２０は二酸化炭素流を洗浄する。この工程によって生石灰が生産され、そして、注入口１５が最高位置となりベッセルが停止した時に、ドア２６を開けることによって生石灰はベッセル１１から放出される。生石灰は生石灰の上そして熱交換器２８を通過する空気によって冷却され、そして、結果として得られる高温の流体は、ベッセル１１内に導入する前に予加熱器２９内で新たな石灰石を加熱するために用いられる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ロータリーキルン
１１  ベッセル
１２  内部チャンバー
１３  ローラー
１４  高くした端
１５  注入口
１６  仕切り弁
１７  注入ダクト
１８  仕切り弁
１９  排気管
２０  スクラバー
２１  抵抗加熱素子
２２  電力供給ケーブル
２３  電力供給ケーブル
２５  下端
２６  ドア
２７  排出ダクト
２８  熱交換器
２９  予加熱器
３０  管
３２  核エネルギー源
３３  水素プラント
３４  合成燃料ガスプラント
【図１】
2014522802.tif 000003
【図２】
2014522802.tif 000004
【国際調査報告】
2014522802.tif 000005
2014522802.tif 000006